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Heiβe Quellen, Geysire, Fumarolen und Schlammvulkane

Vulkane sind nicht nur Lieferanten mancherlei vulkanischer Gesteine und Gase; sie haben auch Einfluβ auf Wasser, das als Regen oder Schnee gefallen ist und das später ein Teil des Grundwassers wurde. Grundwasser kann tief in die Erde vordringen und dort mit der Hitze eines Magmakörpers in Kontakt kommen. So entstehen besondere Phänomene die wir in vier Grundtypen aufteilen können: heiβe Quellen, Geysire, Fumarolen und Schlammvulkane.

Heiβe Quellen oder warme Brunnen
Heiβe Quellen. Links ‘Geysir’ im südwesten Islands, Mitte und rechts in Yellowstone National Park, Vereinigten Staaten.

Fϋr die Entstehung und das gute Funktionieren dieser Phänomene brauchen wir immer drei Bestandteile: Wasser, Hitze und ein System von Kluften, Rissen und Spalten im Untergrundgestein. Niederschlag liefert das Wasser. Bei der Hitze liegt es etwas komplizierter. Unter normalen Bedingungen steigt die Temperatur mit ungefähr drei Grad Celsius pro hundert Meter, die man in die Tiefe geht. Auf tausend Meter Tiefe sind das also dreiβig Grad. In vulkanischen Gebieten, wo Magma immer in der Nähe ist, können die Temperaturen beträchtlich höher sein. So werden in Yellowstone National Park in den Vereinigten Staaten in 150 – 175 Meter Tiefe schon Temperature von über 200 Grad Celsius erreicht. In solchen Gebieten wird Wasser also viel schneller mit gröβerer Hitze in Kontakt kommen.

Geysire Vulkanismus
Geysire. Die Strokkur im südwesten Islands (links) und Old Fathful in Yellowstone National Park (Mitte). Der spritzende Brunnen rechts (auch Yellowstone) liegt zwischen einem heiβen Brunnen und einem Geysir.

In zunehmender Tiefe steigt der Druck durch die hinϋberliegende Gesteinsmasse. In gröβerer Tiefe hat das Wasser mit höherem Druck zu tun. Dieser Druck bestimmt auch den Siedepunkt des Wassers. Auf Meereshöhe kocht Wasser bei 100 Grad Celsius. Auf dem Mount Everest (8848 Meter hoch) ist der Druck durch die dϋnne Luft viel niedriger. Da kocht Wasser schon bei 69 Grad Celsius. In der Tiefe der Erde kann der Siedepunkt aber viel höher sein und bis weit ϋber 200 Grad steigen. Durch Konvektion kann dieses sehr heiβe und unter hohem Druck stehende Wasser aufsteigen. Wenn der Druck sich dann verringert, kann das Wasser in Dampf ϋbergehen und das beschleunigt das Aufsteigen. Wie das aufsteigende Wasser sich letztendlich manifestiert, ist hängt größtenteils vom System der Kluften, Rissen und Spalten im Gestein ab. Wir nennen das System hier einfach das Wasserleitungssystem. Wenn dieses System gut durchgänglich ist, kann das Wasser unbehindert und beständig an die Oberfläche steigen. Während dieses Aufsteigens kann das ϋberhitzte Wasser sich weiter mit kϋhlerem Grundwasser mischen. Beim Ausflieβen oder Quellen an der Oberfläche kann es eine Pfϋtze oder Wasserbecken bilden. Wir haben in diesem Fall mit einer heiβen oder warmen Quelle zu tun.

Yellowstone Mineralienablagerungen
Mineralienablagerungen bei heiβen Quellen in Yellowstone. Solche Stellen sind sehr verräterisch weil man denkt auf festem Boden zu laufen. Es besteht aber die Gefahr, daβ man durch die dünne Kruste fällt.

Bei einem Geysir kommt das überhitzte Wasser auf dem Weg nach oben auch in gröβere Hohlräume im Gestein (oder in sehr poröses Gestein). Der Druck kann da noch so hoch sein, daβ das Wasser nicht gleich zum Kochen anfängt. Das geschieht erst wenn die Hohlräume sich weiter füllen und Temperatur und Druck sich ändern. Der so entstehende Wasserdampf erregt eine gewaltige Vergröβerung des Volumens wodurch Wasser und Wasserdampf nach oben gepresst werden. Nach dieser Druckverringerung kann noch mehr überhitztes Wasser in Dampf übergehen, wodurch der weitere Wasserinhalt des Hohlraums hinausschieβt. Später können die Hohlräume sich wieder mit Wasser füllen, woduch die nächste Eruption anfängt. Das Ausbruchmuster dieser Geysire kann sich im Laufe der Zeit ändern. Das kann verursacht werden durch ein Unterschied in Verfügbarkeit des Oberflächenwassers und dadurch oft auch des Grundwassers. In den meisten Fällen hat diese Launenhaftigkeit der Geysire aber mit Änderungen in ihrem Wasserleitungssystem zu tun. Solche Änderungen können entstehen wenn der Untergrund durch Erdbeben erschüttert wird und das Wasserleitungssystem sich ändert oder eben ausfällt. Das aufsteigende Wasser selber kann das System auch angreifen. Auf seinem Weg nach oben löst das heiβe Wasser nämlich Mineralien aus dem umringenden Gestein auf. Weiter nach oben werden diese Mineralien wieder niederschlagen wenn das Wasser weniger heiβ wird. Dadurch ändert sich das Wasserleitungssystem.

Fumarolen
Fumarolen in Yellowstone (links) und auf Island (Mitte und rechts).

Wenn das Wasser an der Oberfläche als Dampf entweicht, reden wir von einer Fumarole. Fumarolen entstehen wenn es nicht genügend Energie gibt um das Wasser ganz hinauf zu fördern. Das Wasser fängt zu dampfen an. Manchmal hört man das Brodeln des dampfenden Wassers im Boden. Wasser ist nicht das einzige Gas, das in Fumarolen hinaustritt. Manchmal sind die Dämpfe nämlich schwefelhaltig. Wir reden dann von Solfataren.

Schlammvulkane oder Schlammpfützen
Schlammvulkane in Yellowstone (links) und auf Island (Mitte und rechts).

Schlammpfützen oder Schlammvulkane entstehen wenn es nicht genügend Wasser gibt und dieses Wasser auβerdem einen hohen Säuregehalt hat. Das aufsteigende Wasser löst dann viele Mineralien auf, die auβerdem eine chemische Veränderung erfahren. An der Oberfläche offenbart sich das als sprudelnde oder flieβende Schlammpfützen.

Aufgelöste Mineralien Krater heiße Quellen
Aufgelöste Mineralien bilden Krater wenn sie an der Oberfläche niederschlagen (Yellowstone).

Im Wasser aufgelöste Mineralien können sich an der Oberfläche ablagern. Auf diese Weise bilden sich auch Krater bei Geysiren und heiβen Quellen.

Krafla Island
Auch bei aktieven Vulkanen können Dampfwolken entschlüpfen. Hier beim Krafla auf Island.

Wir reden hier von vier Basistypen aber die Varietät ist ziemlich größer. Es gibt nämlich groβe Unterschiede in Temperaturen, hinausgepresste Wassermengen, Formen, Formate, und so weiter. Auch liegt die Grenze zwischen den Typen nicht immer scharf. So gibt es zum Beispiel Mischungen.

El Hamma und Aachen warmes Wasser
Je tiefer man in die Erde hineingeht, desto höher wird der Temperatur. Wasser aus gröβerer Tiefe kann also sehr warm sein, auch wenn es keinen Vulkanismus gibt. Links: Heiβes Wasser in einem Kühlbecken bei El Hamma in Tunesien. Mitte und rechts: Elisenbrunnen in Aachen.

Text und Fotos: Jan Weertz; Übersetzung: Jan und Els Weertz
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