Vulkanismus

Im Rahmen des Seminars
Neuere Ergebnisse der Planetenphysik
an der Universität zu Heidelberg
wird am 21.06.2002 anläßlich des
Jubiläums des 10. Astro-Scheins
folgender Vortrag präsentiert:

von und mit
Martin Stübig, MPI-Kernphysik, Heidelberg
betreut durch Prof. Dr. I. Appenzeller

Leitfaden
• Was ist Vulkanismus?
• Der vielfältige Vulkanismus auf der Erde
• Die Vulkane des Mars
• Der Venus-Vulkanismus
• Io - Mond der Schwefelvulkane
• Kryo-Vulkanismus im äußeren Sonnensystem
• DAS ist Vulkanismus!
Vulkanismus im Sonnensystem, Martin Stübig, Heidelberg, 21.06.2002

Lexikalisch:
Was ist Vulkanismus?
Zusammenfassende Bezeichnung für alle geologischen Vorgänge, die mit dem
Austritt fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe aus dem Erdinneren an die
Erdoberfläche stehen.
Geologisch:
Geschmolzenes Gestein erreicht die Erd-/Planetenoberfläche, fließt, oft
begleitet durch Asche und Rauchbildung, aus und erstarrt.
Physikalisch:
Durch innere Energiequellen aufgeheiztes Material dehnt sich aus. Aufgrund
seiner, relativ zur Umgebung geringeren Dichte steigt es auf.
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Ausprägungen des irdischen Vulkanismus
Mit zunehmenden SiO 2-Gehalt
wird die Lava saurer und
zähflüssiger (viskoser)!
Mit abnehmender Temperatur wird
das Magma durch Kristallisation
saurer und damit zähflüssiger!
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Basaltischer Vulkanismus
Bildung flacher Schildvulkane mit großem Basisdurchmesser, z.B.
Hawaii-Vulkane
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Beispiele
Links: Mauna Kea
Unten: Lavastrom des Mauna Loa
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Intermediärer Vulkanismus
Schicht-/Stratovulkane Schlackenkegelvulkane
Lavaströme + Pyroklastisches
Material, z.B. Vesuv, Fujiyama,
Stromboli
Entsteht durch Auswurf von
pyroklastischem Material, z.B.
Eifelvulkane, Cerro Negro
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Pyroklastische Auswürfe
Pyroklastische Gas-Schutt-Ströme können mit mehreren 100 km/h fließen!
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Beispiele
Stromboli Cerro Negro
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Schlackeauswurf des Stromboli
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Der Ätna als Hohlraumresonator
Die Eigenfrequenzen der Magmaröhren bewirken rythmische Magmabewegung
und damit einen Pumpmechanismus!
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Saurer Vulkanismus
Lava kann Schlot verstopfen: Vulkanausbruch mir riesiger
Explosion, z.B. Mt. St.Helens, Energieumsatz ≈ 10 19 J
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Wasservulkanismus
Der Kontakt zu Wasser führt zu heftigen phreatomagmatischen
Eruptionen und zur Ausbildung von Maaren
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Eifel-Maare
Beispiele
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Vulkanismus auf Catan
Ausbruch des Vulkans beim Würfeln
des Zahlenchips.
Anrainer darf sich für Siedlung 1, für
Stadt 2 beliebige Rohstoffe nehmen.
Richtung des Lavastroms wird durch
erneutes Würfeln festgelegt.
Eine betroffene Stadt wird zur
Siedlung umgewandelt, eine betroffene
Siedlung wird komplett zerstört.
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Verteilung der Vulkantätigkeit auf der Erde
- Lavaaustritte aus Mittelozeanischen Rücken
- Konzentration aktiver Vulkane an Subduktionszonen
- Vereinzelte Regionen aktiven Vulkanismus (Hot Spots)
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Querschnitt durch den Erdmantel
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Entstehung neuer Kruste an Mittelozeanischen Rücken
Bildung von Ophiolit-Komplexen: Abfolgen von Peridotit, Gabbro,
Sheeted Dikes und Kissenlaven
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Die Entstehung von Kissen-Lava
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Schwarze Raucher
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Vulkanbildung an Kollisionszonen von Platten
Ozeanisch ↔ Ozeanisch Ozeanisch ↔ Kontinental
Bildung von vulkaninschen
Inselbögen, z.B. Japan
Bildung von Gebirgen mit hoher
Vulkantätigkeit, z.B. Anden
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Hot-Spot-Vulkanismus
Heisses Kernmaterial steigt direkt von der
Kern-Mantelgrenze zur Erdkruste auf.
Bewegt sich die über dem ortsfesten
Diapir liegende Platte, so wird eine
Vulkankette gebildet, z.B. Hawaii
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Energiequellen für den Vulkanismus
- Akkretionsenergie aus der Phase der Planetenbildung
- Gravitationsenergie durch Differenzierung
- Radioaktive Zerfallswärme (Th, K)
⇒ Ausbildung globaler Konvektionszellen als Motor
für die Plattentektonik!
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Vulkanismus auf dem Mond?
Nach gewaltigen Meteoriteneinschlägen
haben sich die
z.T. gigantischen Impaktkrater
mit basaltischer Lava
gefüllt.
Links: Mare Humorum
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Die Vulkane des Mars
Vulkane der Tharsis-Region Urania Mons
Mars beherbergt riesige Schildvulkane,
die mit bis zu 27 km Höhe die größten
Vulkane des Sonnensystems sind.
Ursache: - Hot Spot, keine Tektonik
- geringe Schwerkraft
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3-D-Darstellung eines Tharsis-Vulkans
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Olympus Mons - Der größte Vulkan des Sonnensystems
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Die Caldera von Olympus Mons
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Die Tharsis-Aufwölbung
Ein riesiger Mantleplume bewirkt die Aufwölbung der Tharsis-Region
(8 km „ü.N.N.“). Das Vallis Marineris ist ein Grabenbruch aus der
resultierenden Dehnung der Kruste.
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Der Venus-Vulkanismus
Sapas Mons Maat Mons
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Flug über die Venusoberfläche
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Schema des Venus-Vulkanismus
Fehlende Plattentektonik führt zur Bildung von Dehnungszonen mit
Vulkanismus und von Kompressionszonen mit domartigen Aufwölbungen,
vgl. „Pancakes“ im rechten Bild
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Io - Mond der Schwefelvulkane
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Vulkane und Calderen
Prometheus Tupan-Caldera
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Der Vulkan Babbar Paterra
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Nachweis von Aktivität
Oben:
Pillan Paterra
Links:
Tvashtar Catena
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ρ≈3500 kg/m 3
⇒ FeS-Kern und
Silikatmantel
Prinzip des Schwefel-Silikat-Vulkanismus
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Io als Vulkanmond
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Energiequelle des Io-Vulkanimus
Je nach relativer Stellung von Jupiter und den anderen Galileischen Monden
zu Io ändert sich die resultierende Gezeitenkraft F G. Sie führt bei Io zu
Krustenanhebungen bis 100m.
∑
2R
Io
FG ≈ GM Iomi
3
i ri
Energieleistung:10 13 -10 14 W. (Vgl. Sonneneinstrahlung: 10 14 W !)
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Kryovulkanismus im äußeren Sonnensytem
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Aktivität auf der Tritonoberfläche
Stickstoff-Methan-Wassereis-Calderen Stickstoff-Geysire
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Aktivität auf der Tritonoberfläche
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Künstlerische Darstellung eines Tritonvulkans
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DAS ist Vulkanismus!
• Die physikalische Definition bleibt erhalten
• Vulkanismus tritt auf Planeten und Monden auf!
• Gezeitenkräfte können eine Energiequelle sein!
• Wasser, Stickstoff und Schwefel können
als Magma dienen!
⇒ Vulkanismus ist ein Phänomen das der Energie-
abfuhr aus dem Inneren planetarer Körper dient.
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