Caldera -Caldera

Die Eruptionszeitleiste des Mount Mazama , ein Beispiel für die Bildung von Caldera

Eine Caldera ist eine große kesselartige Mulde, die sich kurz nach der Entleerung einer Magmakammer bei einem Vulkanausbruch bildet. Wenn innerhalb kurzer Zeit große Magmamengen ausbrechen, geht die strukturelle Stütze des Gesteins über der Magmakammer verloren. Die Bodenoberfläche stürzt dann in die geleerte oder teilweise geleerte Magmakammer ein und hinterlässt eine große Vertiefung an der Oberfläche (mit einem Durchmesser von einem bis zu Dutzenden von Kilometern). Obwohl es manchmal als Krater bezeichnet wird, handelt es sich bei dem Merkmal eigentlich um eine Art Doline , da es durch Absenkung entstanden istund Zusammenbruch statt einer Explosion oder eines Aufpralls. Im Vergleich zu den Tausenden von Vulkanausbrüchen, die jedes Jahrhundert stattfinden, ist die Bildung einer Caldera ein seltenes Ereignis, das nur wenige Male pro Jahrhundert auftritt. Es ist bekannt, dass zwischen 1911 und 2016 nur sieben calderabildende Einbrüche aufgetreten sind. In jüngerer Zeit ereignete sich 2018 in Kīlauea , Hawaii, ein Einsturz der Caldera.

Etymologie

Der Begriff Caldera kommt aus dem Spanischen Caldera und dem Lateinischen Caldaria und bedeutet „Kochtopf“. In einigen Texten wird auch der englische Begriff Cauldron verwendet, obwohl sich der Begriff Cauldron in neueren Arbeiten auf eine Caldera bezieht, die tief erodiert wurde, um die Betten unter dem Caldera-Boden freizulegen. Der Begriff Caldera wurde vom deutschen Geologen Leopold von Buch in das geologische Vokabular eingeführt, als er seine Erinnerungen an seinen Besuch auf den Kanarischen Inseln im Jahr 1815 veröffentlichte , wo er zum ersten Mal die Caldera Las Cañadas auf Teneriffa sah , mit dem Teide , der die Landschaft dominierte, und dann die Caldera de Taburiente auf La Palma .

Caldera-Bildung

Animation eines analogen Experiments, das den Ursprung der vulkanischen Caldera in einer mit Mehl gefüllten Kiste zeigt.
Landsat -Bild des Toba -Sees auf der Insel Sumatra , Indonesien (100 km/62 Meilen lang und 30 km/19 Meilen breit, eine der größten Calderas der Welt). Eine wiederauflebende Kuppel bildete die Insel Samosir .

Ein Kollaps wird durch die Entleerung der Magmakammer unter dem Vulkan ausgelöst, manchmal als Folge eines großen explosiven Vulkanausbruchs (siehe Tambora 1815), aber auch bei überschwänglichen Eruptionen an den Flanken eines Vulkans (siehe Piton de la Fournaise in 2007) oder in einem zusammenhängenden Spaltensystem (siehe Bárðarbunga in 2014–2015). Wenn genug Magma ausgestoßen wird, kann die entleerte Kammer das Gewicht des darüber liegenden Vulkangebäudes nicht tragen. Um den Rand der Kammer herum entsteht ein etwa kreisförmiger Bruch , die „Ringstörung“. Ringbrüche dienen als Zubringer für Verwerfungsintrusionen , die auch als Ringgänge bekannt sind . Über dem Ringbruch können sich sekundäre Vulkanschlote bilden. Wenn sich die Magmakammer leert, beginnt das Zentrum des Vulkans innerhalb des Ringbruchs einzustürzen. Der Kollaps kann das Ergebnis einer einzigen katastrophalen Eruption sein, oder er kann stufenweise als Ergebnis einer Reihe von Eruptionen auftreten. Die Gesamtfläche, die zusammenbricht, kann Hunderte von Quadratkilometern betragen.

Mineralisierung in Calderas

Caldera-Bildung unter Wasser.

Einige Calderas sind dafür bekannt, reiche Erzvorkommen zu beherbergen . Metallreiche Flüssigkeiten können durch die Caldera zirkulieren und hydrothermale Erzlagerstätten von Metallen wie Blei, Silber, Gold, Quecksilber, Lithium und Uran bilden. Eine der am besten erhaltenen mineralisierten Calderas der Welt ist die Sturgeon Lake Caldera im Nordwesten von Ontario , Kanada, die während der neoarchäischen Ära vor etwa 2,7 Milliarden Jahren entstand. Im Vulkanfeld von San Juan wurden Erzadern in Frakturen eingelagert, die mit mehreren Calderas in Verbindung stehen, wobei die größte Mineralisierung in der Nähe der jüngsten und siliziumreichsten Intrusionen in Verbindung mit jeder Caldera stattfand.

Arten von Caldera

Explosive Caldera-Eruptionen

Explosive Caldera-Eruptionen werden von einer Magmakammer erzeugt, deren Magma reich an Kieselsäure ist . Kieselsäurereiches Magma hat eine hohe Viskosität und fließt daher nicht so leicht wie Basalt . Das Magma enthält typischerweise auch eine große Menge gelöster Gase, bis zu 7 Gew.-% für die silikareichsten Magmen. Wenn sich das Magma der Erdoberfläche nähert, bewirkt der Abfall des Begrenzungsdrucks, dass die eingeschlossenen Gase schnell aus dem Magma sprudeln und das Magma fragmentieren, um eine Mischung aus Vulkanasche und anderen Tephra mit den sehr heißen Gasen zu erzeugen.

Das Gemisch aus Asche und vulkanischen Gasen steigt zunächst als Eruptionssäule in die Atmosphäre auf . Wenn jedoch das Volumen des ausgebrochenen Materials zunimmt, kann die Eruptionssäule nicht genug Luft mitnehmen , um schwimmfähig zu bleiben, und die Eruptionssäule bricht in eine Tephra-Fontäne zusammen, die an die Oberfläche zurückfällt und pyroklastische Ströme bildet . Eruptionen dieser Art können Asche über weite Gebiete verteilen, so dass Ascheflusstuffe , die durch Eruptionen der silizischen Caldera eingelagert wurden, das einzige vulkanische Produkt sind, dessen Volumen mit denen von Flutbasalten konkurrieren können . Als zum Beispiel die Yellowstone Caldera vor etwa 650.000 Jahren das letzte Mal ausbrach, setzte sie etwa 1.000 km 3 Material frei (gemessen in dichtem Gesteinsäquivalent (DRE)) und bedeckte einen beträchtlichen Teil Nordamerikas mit bis zu zwei Metern Schutt.

Eruptionen, die noch größere Calderas bilden, sind bekannt, wie die La Garita Caldera in den San Juan Mountains von Colorado , wo der 5.000 Kubikkilometer (1.200 cu mi) Fish Canyon Tuff vor etwa 27,8 Millionen Jahren in Eruptionen gesprengt wurde.

Die durch solche Eruptionen erzeugte Caldera ist typischerweise mit Tuff, Rhyolith und anderen magmatischen Gesteinen gefüllt . Die Caldera ist von einer Abflussschicht aus Aschestromtuff (auch Aschestromschicht genannt ) umgeben.

Wenn weiterhin Magma in die eingestürzte Magmakammer injiziert wird, kann das Zentrum der Caldera in Form einer wiederauflebenden Kuppel angehoben werden, wie sie in der Valles Caldera , dem Toba -See , dem Vulkanfeld von San Juan, Cerro Galán , Yellowstone zu sehen ist. und viele andere Calderas.

Da eine siliziumhaltige Caldera bei einem einzigen Ereignis Hunderte oder sogar Tausende Kubikkilometer Material ausbrechen kann, kann dies katastrophale Auswirkungen auf die Umwelt haben. Selbst kleine calderabildende Eruptionen wie Krakatau im Jahr 1883 oder Mount Pinatubo im Jahr 1991 können zu erheblichen lokalen Zerstörungen und einem merklichen Temperaturabfall auf der ganzen Welt führen. Große Calderas können noch größere Auswirkungen haben. Die ökologischen Auswirkungen des Ausbruchs einer großen Caldera sind in den Aufzeichnungen über den Ausbruch des Toba-Sees in Indonesien zu sehen .

Zu einigen Zeitpunkten in der geologischen Zeit sind rhyolitische Calderas in unterschiedlichen Clustern erschienen. Die Überreste solcher Cluster können an Orten wie dem Eocene Rum Complex in Schottland, den San Juan Mountains in Colorado (gebildet während der Oligozän- , Miozän- und Pliozän - Epochen) oder der Saint Francois Mountain Range in Missouri (ausgebrochen während des Proterozoikums ) gefunden werden Äon).

Täler

Valle Caldera, New Mexico

Für ihre Arbeit von 1968, die erstmals das Konzept einer wiederauflebenden Caldera in die Geologie einführte, wählten RL Smith und RA Bailey die Valles-Caldera als ihr Modell. Obwohl die Valles-Caldera nicht ungewöhnlich groß ist, ist sie relativ jung (1,25 Millionen Jahre alt) und ungewöhnlich gut erhalten und bleibt eines der am besten untersuchten Beispiele einer wiederauflebenden Caldera. Die Aschestrom-Tuffe der Valles-Caldera, wie der Bandelier-Tuff , gehörten zu den ersten, die gründlich charakterisiert wurden.

Toba

Vor etwa 74.000 Jahren setzte dieser indonesische Vulkan etwa 2.800 Kubikkilometer (670 cu mi) dichtes Gesteinsäquivalent an Auswurf frei. Dies war die größte bekannte Eruption während des laufenden Quartärs (die letzten 2,6 Millionen Jahre) und die größte bekannte explosive Eruption während der letzten 25 Millionen Jahre. In den späten 1990er Jahren schlug der Anthropologe Stanley Ambrose vor, dass ein durch diesen Ausbruch verursachter vulkanischer Winter die menschliche Bevölkerung auf etwa 2.000 bis 20.000 Personen reduzierte, was zu einem Bevölkerungsengpass führte . In jüngerer Zeit schlugen Lynn Jorde und Henry Harpending vor, dass die menschliche Spezies auf etwa 5.000 bis 10.000 Menschen reduziert werden sollte. Es gibt jedoch keine direkten Beweise dafür, dass eine der beiden Theorien richtig ist, und es gibt keine Beweise für einen Rückgang oder das Aussterben anderer Tiere, selbst bei umweltempfindlichen Arten. Es gibt Hinweise darauf, dass die menschliche Besiedlung in Indien nach dem Ausbruch fortgesetzt wurde.

Satellitenbild der Gipfel-Caldera auf der Insel Fernandina im Galápagos - Archipel .
Schräges Luftbild der Nemrut-Caldera , Van-See, Osttürkei

Nicht explosive Calderas

Sollipulli- Caldera in Zentralchile nahe der Grenze zu Argentinien, gefüllt mit Eis. Der Vulkan befindet sich in den südlichen Anden im chilenischen Parque Nacional Villarica.

Einige Vulkane, wie die großen Schildvulkane Kīlauea und Mauna Loa auf der Insel Hawaii , bilden Calderen auf andere Weise. Das Magma, das diese Vulkane speist, ist Basalt , das arm an Kieselsäure ist. Infolgedessen ist das Magma viel weniger viskos als das Magma eines rhyolitischen Vulkans, und die Magmakammer wird eher durch große Lavaströme als durch explosive Ereignisse entleert. Die resultierenden Calderas werden auch als Senkungscalderas bezeichnet und können sich allmählicher bilden als explosive Calderas. Zum Beispiel brach die Caldera auf Fernandina Island 1968 zusammen, als Teile des Caldera-Bodens 350 Meter (1.150 Fuß) abstürzten.

Außerirdische Calderas

Seit den frühen 1960er Jahren ist bekannt, dass es auf anderen Planeten und Monden im Sonnensystem zu Vulkanismus gekommen ist . Durch den Einsatz von bemannten und unbemannten Raumfahrzeugen wurde Vulkanismus auf der Venus , dem Mars , dem Mond und Io , einem Satelliten des Jupiter , entdeckt . Keine dieser Welten hat eine Plattentektonik , die etwa 60 % der vulkanischen Aktivität der Erde ausmacht (die anderen 40 % werden dem Hotspot - Vulkanismus zugeschrieben). Die Struktur der Caldera ist auf all diesen Planetenkörpern ähnlich, obwohl die Größe erheblich variiert. Der durchschnittliche Caldera-Durchmesser auf der Venus beträgt 68 km (42 mi). Der durchschnittliche Caldera-Durchmesser auf Io beträgt fast 40 km (25 mi), und der Modus beträgt 6 km (3,7 mi); Tvashtar Paterae ist wahrscheinlich die größte Caldera mit einem Durchmesser von 290 km (180 Meilen). Der durchschnittliche Caldera-Durchmesser auf dem Mars beträgt 48 km (30 mi) und ist damit kleiner als auf der Venus. Calderas auf der Erde sind die kleinsten aller Planetenkörper und variieren maximal zwischen 1,6 und 80 km (1 bis 50 Meilen).

Der Mond

Der Mond hat eine äußere Hülle aus kristallinem Gestein geringer Dichte, die einige hundert Kilometer dick ist und sich durch eine schnelle Schöpfung gebildet hat. Die Krater des Mondes sind im Laufe der Zeit gut erhalten geblieben und wurden einst für das Ergebnis extremer vulkanischer Aktivität gehalten, wurden aber tatsächlich von Meteoriten geformt, die fast alle in den ersten paar hundert Millionen Jahren nach der Entstehung des Mondes stattfanden. Rund 500 Millionen Jahre später konnte der Mondmantel durch den Zerfall radioaktiver Elemente weitgehend geschmolzen werden. Massive Basaltausbrüche fanden im Allgemeinen an der Basis großer Einschlagskrater statt. Eruptionen könnten auch aufgrund eines Magma-Reservoirs an der Basis der Kruste stattgefunden haben. Dies bildet eine Kuppel, möglicherweise die gleiche Morphologie eines Schildvulkans, von dem allgemein bekannt ist, dass sich Calderas bilden. Obwohl Caldera-ähnliche Strukturen auf dem Mond selten sind, fehlen sie nicht vollständig. Es wird angenommen, dass der Compton-Belkovich-Vulkankomplex auf der anderen Seite des Mondes eine Caldera ist, möglicherweise eine Aschefluss- Caldera.

Mars

Die vulkanische Aktivität des Mars konzentriert sich auf zwei große Provinzen: Tharsis und Elysium . Jede Provinz enthält eine Reihe riesiger Schildvulkane, die denen ähneln, die wir auf der Erde sehen, und wahrscheinlich das Ergebnis von Mantel- Hotspots sind . Die Oberflächen werden von Lavaströmen dominiert und alle haben eine oder mehrere Einsturz-Kalderen. Mars hat den größten Vulkan im Sonnensystem, Olympus Mons , der mehr als dreimal so hoch ist wie der Mount Everest, mit einem Durchmesser von 520 km (323 Meilen). Der Gipfel des Berges hat sechs verschachtelte Calderas.

Venus

Da es auf der Venus keine Plattentektonik gibt, geht Wärme hauptsächlich durch Wärmeleitung durch die Lithosphäre verloren . Dies verursacht enorme Lavaströme, die 80 % der Oberfläche der Venus ausmachen. Viele der Berge sind große Schildvulkane mit einem Durchmesser von 150 bis 400 km und einer Höhe von 2 bis 4 km. Mehr als 80 dieser großen Schildvulkane haben Gipfelcalderas mit einem Durchmesser von durchschnittlich 60 km.

Io

Io wird ungewöhnlicherweise durch feste Biegung aufgrund des Gezeiteneinflusses von Jupiter und Ios Umlaufbahnresonanz mit den benachbarten großen Monden Europa und Ganymed erwärmt , die ihre Umlaufbahn leicht exzentrisch halten . Im Gegensatz zu allen genannten Planeten ist Io ständig vulkanisch aktiv. Zum Beispiel entdeckten die NASA -Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 neun ausbrechende Vulkane, als sie 1979 Io passierten. Io hat viele Calderas mit Durchmessern von mehreren zehn Kilometern.

Liste der vulkanischen Calderas

Außerirdische vulkanische Calderas

Erosions-Calderen

Siehe auch

  • Maar  – Vulkankrater mit Flachrelief
  • Komplexer Vulkan  – Landschaftsform von mehr als einem verwandten Vulkanzentrum
  • Somma-Vulkan  – Vulkanische Caldera, die teilweise von einem neuen zentralen Kegel gefüllt wurde
  • Supervulkan  – Vulkan, der bei einem einzigen Ausbruch 1000 Kubikkilometer ausgebrochen ist
  • Volcanic Explosivity Index  – Qualitative Skala für die Explosivität von Vulkanausbrüchen

Erläuternder Vermerk

Verweise

Weiterlesen

Externe Links