Vorlesung 1 Vilkane der Erde. Raum- und Zeitverteilung des Vulkanismus. Vulkanische Katastrophen der...

Vorlesung 1

Vilkane der Erde.

Raum- und Zeitverteilung des Vulkanismus.

Vulkanische Katastrophen der Vergangenheit.

Merkmale Absoluter Wert Masse, 1024 kg 5,9736 Äquatorradius, km 6378 Schwerebeschleunigung, m s-2 9,78 Fluchtgeschwindigkeit, km s-1 11,2 polarer Trägheitsfaktor 0,3308 Mittlere Dichte, kg m-3 5520 Rotationsperiode (siderisch), h 23,9345 Mittl. Entfernung, 106 km 149,6 Umlaufzeit, d 365,256 (siderisch) Mittl. Geschwindigkeit, km s-1 29,79 Bahnexzentrizität 0,0167 Inklination, o 0,00 (def.)

Temperaturbereich -130 0C bis 60 0C, im Mitte l 20 0C

Globale Eigenschaften der Erde

Die Milankovitch - Zyklen

Das Verhalten der Atmosphäre wird zum größten Teil durch die Intensität der Sonneneinstrahlung, die auf die Erde trifft, bestimmt. Aber die Intensität der Strahlung variiert mit der Stellung der Erde bei ihrer Bewegung um die Sonne. Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne beschreibt eine Ellipse. Die Gestalt dieser Umlaufbahn verändert sich mit der Zeit und variiert etwa alle 100 000 Jahre von einer elliptischen zu einer kreisrunden Bahn und umgekehrt.Die Neigung der Drehachse schwankt relativ zur Ebene der Umlaufbahn zwischen zwei extremen Positionen. Die Drehachse bewegt sich wie ein Kreisel. Die kreiselähnliche Bewegung und die langsame Veränderung der elliptischen Umlaufbahn der Erde bewirkt eine regelmäßige Ab- bzw. Zunahme des Abstandes zwischen Sonne und Erde. Dadurch verändert sich die Verteilung und die Intensität der einfallenden Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche.

Milankovitch vermutete, dass das globale Klima besonders empfindlich auf die einfallende Strahlung reagiert, die die mittleren bis hohen Breiten erreicht.Milankovitch berechnete die einfallende Sonnenstrahlung der letzten 100 000 Jahre und zeigte ihre Unterschiede auf. Klimatologen diskutierten damals darüber, ob die astronomischen Effekte groß genug waren, um spürbare Veränderungen des Klimas hervorzurufen.

In den 1970er Jahren konnte man Milankovitch's Berechnungen mit den klimatischen Schwankungen, die man durch separate andere Forschungen nachweisen konnte, direkt vergleichen. Die Milankovitch-Zyklen erklärten immerhin 60% der klimatischen Schwankungen. Milankovitch-Zyklen, die sich aus den Schwankungen der einfallenden Sonnenstrahlung ergeben beeinflussen die Größe der Eisdecken. Die von Milankovitch berechnete Schwankung der einfallenden Sonnenstrahlung muss sich direkt auf die Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten auswirken. Nehmen die jahreszeitlichen Schwankungen ab, dann schmilzt in den mittleren Sommer weniger Eis - und damit wachsen die Eisdecken. Größere jahreszeitliche Veränderungen - vor allem heißere Sommermonate - führen entsprechend zu stärkerem Abschmelzen und einer Abnahme de Eisdecken.

Erstaunlich ist, dass diese astronomische Kraft die größten klimatischen Änderungen der letzten Millionen Jahre auslöste: den Wechsel zwischen glazialen und interglazialen Perioden (ca. alle 100 000 Jahre).Milankovitch-Zyklen erklären Klimaveränderung innerhalb einer Eiszeit, aber nicht warum Eiszeiten auftreten. Außerdem sind wie wichtig für das Verständnis von Klimaveränderungen innerhalb der Atmosphäre. Die Veränderungen der elliptischen Erdumlaufbahn um die Sonne sind sehr gering; ihre Fluktuation in der Intensität beträgt weniger als 0,3%.

Innerer Aufbau der Erde

Schalenbau der Erde:Der Schalenbau der Erde kann durch seismische Wellen, deren Richtung sich je nach Material ändert, analysiert werden. Es fällt auch auf das Diskontinuitäten (Geschwindigkeits-- und Richtungsänderung) an den Schalengrenzen auftreten. Der Schalenbau besteht aus mehren Teilen:

Mya

Aktive Vulkane der Erde

Grenze zwischen Platten und Verteilung von Erdbeben

Tektonische Baueinheiten ErdeKontinente: Präkambrische Schilde (alte, stabile Kerne) Plattformen (Schildgebiete unter mächtiger Sedimentbedeckung) junge Faltengebirgsgürtel (fold mountains) Intraplattenvulkanismus

Ozeanbecken: Aktive Riftgebiete im Kammbereich mittelozeanischer Rücken

(ocean ridges, spreading zones) Tiefseegräben (island arcs, trenches) Transformstörungen (transform faults)

Geologische Einheit Anteil an Gesamtfläche Kontinentale Plattformen 19 % Kontinentalschelf, Kontinentalhang 11 % Kontinentalanstieg 3,8 % Böden der Ozeanbecken 30 % submarine Vulkane, Hügel, Rücken 2,2 % mittelozeanische Rücken 23 % vulkanische Inselbögen, Tiefseegräben 1,5 % junge Faltengebirgsgürtel (< 65 Ma alt) 2,8 % alte Faltengebirgsgürtel (> 65 Ma alt) 7,5 %

1. Die Erdoberfläche unterteilt sich in 8 große und etwa 10 kleinere feste Lithosphärenplatten (ca. 100 km mächtig), die sich relativ zueinander bewegen.

2. zwei Krustentypen: ozeanische (ca. 6 km mächtig) und kontinentale Kruste (im Mittel 36 km mächtig, bis zu 80 km an Kordillierengebirgen)

3. Die Platten sind vorwiegend aseismisch. Plattengrenzen werden durch seismisch aktive Zonen definiert.

4. Die gegenwärtige ozeanische Kruste und Lithosphäre wurde innerhalb der letzten 200 Ma (5% der Erdgeschichte) durch sea-floor spreading gebildet.

5. An aktiven ozeanischen Rücken findet die Produktion neuer Oberfläche statt, während diese an den Subduktionszonen wieder vernichtet wird.

6. Die spreading Raten variieren zwischen 1 und 18 cm a-1.

Das Plattenmosaik der Litosphäre

Nordamerikanische Platte

Karibische Platte Eurasische Platte Arabische Platte Afrikanische Platte Südamerikanische Platte Antarktische Platte Pazifische Platte Philipinenplatte Australische Platte

Die Entwicklungsgeschichte der Erde

Erdaltertum Paläozoikum 570 Mio J. bis 225 Mio J.Erdmittelalter Meosozoikum 225 Mio J. bis 65 Mio J.Erdneuzeit Neozoikum 65 Mio J. bis heute

Die Magnetfeldstärke am Meeresboden westlich von Vancouver Insel (Pazifik Küste) zeigt ein ausgeprägtes Streifmuster, das parallel zur Achse des Juan de Fuca Ridges verlauf. Die Zahlen stehen für Mio Jahre von der Gegenwart. Die Symmetrie des Musters auf beiden Seiten des Rückens ist ein deutliches Zeichen für die Bewegung des Meeresbodens von der Rückenachse weg.

Tektonische Plattengrenzen Erde

Divergente Plattengrenzen -- Kammbereiche ozeanischer Rücken, an denen sich Lithosphärenplatten auseinander bewegen.

Produktion neuer ozeanischer Lithosphäre Aktiver basaltischer Vulkanismus Flachbebenaktivität

Konvergente Plattengrenzen (Subduktionszonen) -- unter andere Platte (wärmer, leichter) absinkende ozeanische Platte, Rückführung ausgekühlter Lithosphäre in heiße Asthenosphäre und Mantel.

Vernichtung ozeanischer Lithosphäre Auffaltung Kordillierengebirge durch Einengungstektonik, Krustenverdickung, Isostasie Andesitischer Vulkanismus (Stratovulkane) Flache, intermediäre und tiefe Erdbeben

Transformverwerfungen oder konservative Plattengrenzen-- Störungszonen, an denen sich Platten aneinander vorbeibewegen.

kein Vulkanismus Flachbebenhäufung im aktiven Bereich der Störungen

Divergierende (Mittelozeanische Rücken und Transformverwerfungen) und konvergierenge (Subduktionszone, Wadati-Benioff-Zone) Plattenränder .

Jährliche Magmaproduktionsraten.

Konstruktive Plattengrenzen

Zwei Platten bewegen sich voneinander weg, durch Magmaaufstieg entstehen mittelozeanische Rücken, in deren Zentrum neues Krustenmaterial gebildet wird (seafloor-spreading): Aufsteigen von Magma an den Mittelozeanischen Rücken, d.h. Neuproduktion von Erdkruste und damit Auseinanderdriften der Kontinente. Rund 1 cm/a pro Flanke (Island) bzw. 12 cm/a im Äquatorialpazifik)

Destruktive Plattengrenzen

Zwei Platten bewegen sich aufeinander zu, wobei zwangsläufig die eine unter die andere abtaucht, so daß Krustenmaterial in die Asthenosphäre zurück gelangt. Die kalte Platte und mitgeführte Sedimente verursachen Wärmeanomalien, wodurch Vulkanismus entsteht bzw. Magmamintrusionen in der untertauchten kontinentalen Kruste. Durch Kompressionsdruck werden Gebirge aufgefaltet, Gesteine zu Metamorphiten umgewandelt usw. Bei Kollision von Kontinenten erfährt die kontinentale Kruste aufgrund der geringen Dichte einen Auftrieb und wird nicht subduziert aber es werden Faltengebirge aufgefaltet. Man kann heute anhand der Gebirge ehemalige Plattengrenzen erkennen, wie z.B. am Ural. Abriß der Lithosphärenplatte und Bildung einer neuen Subduktionszone. Im Bereich der Subduktionszonen entstehen Tiefseegräben. Beispiele: Himalaja (kontinental kollidiert mit kontinental), Kettengebirge Anden (ozeanisch unter kontinental), Antillen (ozeanisch unter ozeanisch und Entstehung vulkanischer Inselbögen)

Konservative Plattengrenzen

Die Platten bewegen sich aneinander vorbei. Diese Bewegung ist materialneutral. Horizontalverschiebungen (transform faults) findet man vor allem im Bereich des ozeanischen Rückens. Sie bieten günstige Voraussetzungen für Erdbeben, denn die Bewegung der aneinander vorbeigleitenden Platten ist nicht fließend und gleichmäßig, sondern wegen Reibungswiderständen ruckartig.

Nachschub

Scherbruch

VertikaleVerschiebung

Konservative Plattengrenze sind materialneutralKonstruktive Plattengrenze sind materialpositivDestruktive Plattengrenze sind materialnegativ

Vulkanismus

Vulkantyp Kennzeichen Beispiele

Linearvulkaneauf Island

Mittelatlantischer Rücken (rift-valley)

Gasvulkane enger, oben trichterartig erweiterterSchußkanal, das Gestein fällt in denSprungtrichter zurück. Um denTrichter ein Tuffwall. Nachträglichmit Wasser aufgefüllt.

Maare (Eifel)Bolsena-See(Italien)

SchildvulkaneLavavulkane

Basische Magmen, dünnflüssig,gleichmäßig ausfließend, beiSpaltensystem Bildung von Lavadecken.

Hawaii,Island

Schichtvulkane Saurere Lavaströme/Magmen,zähflüssiger, kürzere und steilereBerge bildend, Lava und Lockermassenim Wechsel schichtförmige Kegelbergeaufbauend, vielfach Haupt- undNebenkrata (Edna), Mehrzahl derheutigen Vulkane.

Klassifikation des Vulkanismus

Europa

Stromboli

Vesuv

Äthna

Island

Hekla

Amerika

Western USA

Süd Amerika

Colima

Westindies

Monserrat

Afrika

Mt. Cameroon

Indonesia

Kamtschatka und Kurilly

Bezymyanniy

Avatschinskiy

Location: Alaska, USA Latitude and Longitude: 61.3 ºN 152.25 ºW, Elevation: 2309 m (7576 ft) Volcano Type: Stratovolcano Earliest Eruption: 4050 BP Oldest Historic Eruption: 1953 VEI = 4 Most Recent Eruption: 1992, VEI = 4 Number of Eruptions in 20th Century: 3 Largest Eruption: 1953, VEI = 4 1992, VEI = 4 Notable Feature(s): In the 1992 eruption, large volcanic bombs traveled up to 4 km (2.4 mi) from the crater. The size of these blocks and bombs ranged from 10 cm (4 in) up to 2 m (6.6 ft). Notable Statistic: Large bombs up to 2 meters in diameter

Crater Peak, Mt. Spur, Alaska

Location: State of Washington, USA Latitude and Longitude: 46.2º N, 122.2º W, Elevation: 2,549 m (8,363 ft) Volcano Type: Stratovolcano Earliest Eruption: 10,000 BP Oldest Historic Eruption: 1831 Most Recent Eruption: 1990 Number of Eruptions in 20th Century: 5 Largest Eruption: -1855 BP VEI = 6; 1800 VEI = 5; 1980 VEI = 5, 57 deaths Notable Feature(s): "Bulge" on north face, lateral blast removed the upper 396 m (1,306.8 ft) of the volcano. Notable Statistic: The blast devastated 596 square kilometers (229 square miles) and destroyed timber valued at several million dollars.

Mt. St. Helens, USA

Location: Luzon, Philippines Latitude and Longitude: 15.13° N, 120.35° E Elevation: 1,485 m 4,900 ft Volcano Type: Stratovolcano Earliest Eruption: 6100 BP Oldest Historic Eruption: 1315 Most Recent Eruption: 1992 Number of Eruptions in 20th Century: 2 Largest Eruption: 1991, VEI = 6 Notable Feature(s): Ash cloud, lahars. Notable Statistic: Second largest eruption of the 20th Century in terms of amount of material blown out of the vent. Affect on global weather. 722 deaths.

Mt. Pinatubo, Phillipines

Geologie von Hessen

Vogelsberg, Schieldvulkan