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Du möchtest schon immer einmal zwischen Vulkankegeln wandeln? Lavalandschaften erkunden? Die Hitze aus der Erde spüren? Die urtümliche Wildheit einer jungen Erde erfahren und einmalige “Urzeit”-Vegetation entdecken?

Die kanarischen Inseln vor der Küste Nordwestafrikas gehören politisch zu Spanien und damit zur EU. Nur drei bis vier Flugstunden von Zentraleuropa entfernt sind sie auch und gerade in den Wintermonaten ein attraktives Reiseziel. Denn dank ihrer Nähe zum Äquator herrschen dort ganzjährig milde Temperaturen (im Sommer kann es dort allerdings auch sehr heiss werden) und viel Sonnenschein.

 

Lanzarote: Eine besondere Insel

Alle kanarischen Inseln sind vulkanischen Ursprungs: Unter ihnen bewegt sich ein “Hot Spot” von Ost nach West(?), der sich in Vulkanausbrüchen entlädt und immer neue Inseln erzeugt. Die geheimnisvollste der Kanaren-Inseln ist Lanzarote ganz im Osten des Archipels: Sie ist zugleich die älteste und die jüngste der Kanaren-Inseln – denn obwohl sie als erstes entstand, geschah der letzte grosse Vulkanausbruch von 1730 bis 1736, gefolgt von einem weiteren, kleineren Ausbruch 1824!

Nicht einmal 300 Jahre sind ein erdgeschichtlicher Wimpernschlag, sodass weite Teile Lanzarotes wirken, als wären sie erst gestern (oder bestenfalls vorgestern) erst von bizarren erkalteten Lavamassen verschüttet worden. Ihrer geringen Höhe wegen (max. 609m) stauen sich an der Landmasse von Lanzarote, anders als bei den jüngeren Kanaren, keine Passatwolken an, sodass es auf der Insel praktisch keinen Niederschlag und dafür fast immer Sonne gibt. Der ungehindert über die Insel wehende Passatwind ist dafür ein ständiger Begleiter.

Das trockene Klima trägt dazu bei, dass die rauen Lavafelder und Vulkankegel Lanzarotes nur langsam von Pflanzen und darauf folgend von Tieren erobert werden und so ihr urtümliches, an eine Mondlandschaft erinnerndes Aussehen lange behalten. Und wenn dann doch etwas wächst, sind das zunächst Flechten und später wasserspeichernde (Sukkulenten), gegen Trockenheit resistente (Xerophyten) und salztolerante Pflanzen. Da die kanarischen Inseln rund 140km vor dem afrikanischen Festland liegen, konnten sich auf ihnen zahlreiche endemische Arten entwickeln. 68 dieser Pflanzen kommen auf Lanzarote vor, 13 davon findet man ausschliesslich auf dieser Insel.

Ausser Fledermäusen und der Kanaren-Spitzmaus Crocidura canariensis gibt es keine wirklich einheimischen Säugetiere auf Lanzarote – alle anderen vorkommenden Arten wurden vermutlich – gewollt oder ungewollt – vom Menschen mitgebracht. Dafür gibt es Reptilien (darunter die Ostkanareneidechse Gallotia atlantica) und rund 35 Vogelarten, darunter See- und Greifvögel.

 

Was Forscher auf Lanzarote erleben können

Wir haben im Februar 2014 eine gute Woche auf Lanzarote verbracht, die mit einer Vielzahl von einmaligen Naturerlebnissen gefüllt war. Um die fast immer abseits der grossen Touristenzentren gelegenen Naturwunder bequem erreichen zu können, ist ein Mietwagen mehr als nützlich (Am Flughafen von Arrecife sind die gängigen internationalen Ketten vertreten). Wer auf der Insel Rad fahren möchte, sollte bedenken, dass dort häufig ein starker Wind weht.

Für kleine und grosse Naturbegeisterte und -forscher hält Lanzarote so viele verschiedener Abenteuer bereit, dass hier nur für eine Auswahl Platz ist:

 

1. Für Trittsichere: Über ein Lavafeld laufen

Nur wenige hundert Meter nördlich unseres damaligen Quartiers in La Hoya im Osten der Salinas de Janubio erstreckt sich eine schier endlose grauschwarze Wüstenei aus ungewöhnlich schroffem, praktisch unbewachsenem Gestein (Bild). Solche Lavafelder werden auf Spanisch “Malpaís”, also “schlechtes Land” genannt. Der Name is sehr passend – denn die harte, unwegsame Basaltlava verbietet nicht nur jeglichen Ackerbau, sondern auch nahezu alle Arten von Bauvorhaben.

Lavafeld auf Lanzarote

Warum Lava seltsame Namen trägt

Lava kann verschiedene Formen annehmen. Die beiden wichtigsten Sorten, die Lavaströme bilden, tragen hawaiianische Namen. Auf Hawaii nämlich kann man heute noch die Entstehung von Lavaströmen und -feldern live beobachten – die Inselgruppe liegt nämlich über ihrem eigenen aktiven Hot Spot.

Das Malpaís bei La Hoya ist der Überrest eines Stromes aus zähflüssiger, weniger heisser Lava, der sich einst in glühenden Brocken über die Insel gewälzt hat. Diese nach dem Erstarren oft scharfkantige, unwegsame Lava wird von den Geologen ‘A’a-Lava, zu deutsch Brocken- oder Zackenlava genannt. Das hawaiianische ‘A’a bedeutet soviel wie “brennend, feurig, steinig”. Er könnte aber ebensogut die Laute beschreiben, die ein Mensch von sich gibt, wenn er versucht, über einen solchen (erkalteten!) Lavastrom zu laufen.

Heissere, dünnflüssige Lava fliesst wesentlich schneller, wobei die zunächst glatte Oberfläche des Lavastroms zuerst auskühlt und zu erstarren beginnt. Die darunter weiter fliessende Lava schiebt die erstarrende “Haut” an der Stromoberfläche zu strickartigen Gebilden zusammen, weshalb diese Lavasorte “Pahoehoe”- oder Stricklava genannt wird. Auf Pahoehoe-Lava lässt es sich meist wesentlich bequemer laufen als auf ‘A’a-Lava. Wenn allerdings der Lavastrom unter seiner erstarrten Haut vollständig abgeflossen ist, bleibt ein mitunter tiefer Hohlraum zurück. Und nicht selten ist die Pahoehoe-Decke eines solchen Lavatunnels so dünn, dass ein Mensch darin einbrechen kann (tatsächlich wurden verschiedene Lavatunnel auf den Kanaren auf genau diese Weise entdeckt)! Stricklava-Flächen in wilder, nicht erschlossener Landschaft solltest du deshalb nicht betreten!

Wenn du das erste Mal am Rand eines solchen Lavafeldes stehst, glaubst du vielleicht auch, dass dieser grotesk zerklüftete Untergrund vollkommen unbegehbar ist. Die Fähigkeiten des (gesunden) menschlichen Körpers sind, wenn es um Fortbewegung geht, jedoch überaus erstaunlich. Wenn du trittsicher bist und ein kleines Abenteuer suchst, probier es einfach mal aus. Nimm dir jedoch Zeit und gehe weder allein, noch zu weit in das Lavafeld hinein! Schon nach wenigen Metern wirst du merken: Das Vorankommen auf der rauhen Lava ist mächtig anstrengend und erfordert grösste Aufmerksamkeit. Zu schnell kann sich ein unaufmerksamer Erkunder hier den Fuss umknicken!

Ganz wichtig: Die schroffe Basaltlava kann sehr scharfkantig sein! Tragt daher unbedingt Wanderschuhe mit robusten Sohlen – Die Sohlen von Retos Marken-Turnschuhen waren nach unseren 100 Metern querfeldein sichtlich zerschlissen, während meine Trekking-Halbschuhe tadellos gehalten haben! Passt auch auf eure Hände auf: Wer sich am Gestein abstützt oder festhalten muss, riskiert Schrammen!

 

2. Für Mineralienfans: Olivin finden

Im auf Lanzarote allgegenwärtigen Basaltgestein finden sich häufig Einschlüsse aus gelblich- bis dunkelgrünen Kristallen. Diese gehören zu einer Mineraliengruppe, die zusammenfassend “Olivin” genannt wird. Die Olivine im Gestein von Lanzarote bilden in der Regel nur wenige Millimeter grosse, trübe Kristalle. Grössere Kristalle von besonderer Reinheit, die als Schmucksteine beliebt sind, bezeichnet man auch als “Peridot” oder “Chrysolit”.

Olivin von Lanzarote und Peridot - Schmuck

Warum kein Olivin dem anderen gleicht

Olivin-Kristalle bestehen aus positiv geladenen Magnesium- und Eisen-Ionen sowie negativ geladenen Silicat-Anionen. Dabei sind die Plätze der positiven Ionen im Gitter willkürlich entweder von Magnesium- oder von Eisenionen besetzt. Je nachdem, welchen Ausschnitt aus dem Kristallgitter man sich anschaut, erscheint dieser wie Magnesiumsilicat (Mg2SiO4, “Forsterit”) oder wie Eisensilicat (Fe2SiO4, “Fayalit”).

Da sich das Verhältnis zwischen Magnesium- und Eisen-Ionen von Kristall zu Kristall unterscheidet (in der Regel überwiegt dabei der Anteil des Magnesiums), sprechen die Mineralienfachleute von einer “Mischkristallreihe”, die Olivin-Kristalle mit allen möglichen Verhältnissen zwischen Magnesium und Eisen enthält. Die “Endglieder” dieser Reihe bilden die beiden Extreme Forsterit und Fayalit, die jeweils nur Magnesium- bzw. nur Eisen-Ionen enthalten.

Der in Souvenir-Geschäften auf Lanzarote angebotene Olivin- bzw. Peridot-Schmuck stammt deshalb in der Regel nicht von den kanarischen Inseln (Bild Olivinkette?). An den schwarzen Stränden im Westen der Insel und vielen anderen Orten kann man jedoch handliche Gesteinsbruchstücke mit Olivin-Einschlüssen finden. Achtung! Das Gebiet im Westen nördlich von Yaiza und der Region La Geria (die genaue Ausdehnung ist auf touristischen Karten verzeichnet) ist ein Naturschutzgebiet, der Kernbereich dessen ein Nationalpark! Nehmt in diesen Gebiet der Natur zuliebe keine Steine mit!

 

3. Einen Vulkankegel erkunden: Volcán del Cuervo (Rabenvulkan) und die Caldera Blanca

Wer schon immer einmal das Innere eines Vulkankegels zu Fuss erkunden wollte, hat auf Lanzarote die Gelegenheit dazu. An der Landstrasse LZ-56 im Osten des Parque Natural de los Volcánes liegt ein Wanderparkplatz, von dem aus ein bequemer Pfad auf loser, feinkörniger Schlacke (Lapilli) über das Lavafeld zum Schlackekegel des “Rabenvulkans” führt.

Rabenvulkan - Volcan del Cuervo

Dieser Kegel ist seit langem inaktiv und kann durch eine Einkerbung an der Seite fast ohne Höhenunterschied betreten werden. Der Fussweg zum Kegeleingang ist weniger als einen Kilometer lang, sodass auch jüngere Kinder ihn ohne Schwierigkeiten meistern können. Im Inneren des Kegels offenbart der eigentlich schwarzgraue Basalt eine faszinierende Farbenpracht, die so gar nicht zum Namen dieses Kegels  passen möchte.

Lanzarote: Farbenpracht im Rabenvulkan

Die erstarrte Schlacke hat überdies oft bizarre Formen angenommen, in welchen sich fantasievollen Beobachtern fantastische Geschöpfe zeigen können.

Vulkanschlacke: Pferdekopf made by Natur

Schlacke im Rabenvulkan: Wer findet diesen Pferdekopf?

Wie entsteht Vulkanschlacke und weshalb ist sie bunt?

In flüssigem Gestein, also Magma, können wie in anderen Flüssigkeiten auch Gase gelöst sein. Der hohe Druck im Erdinnern sorgt dafür, dass solche Gase auch bei den hohen Temperaturen im Magma in Lösung verbleiben – ähnlich dem Kohlenstoffdioxid in einer verschlossenen Mineralwasserflasche (Le Chatelier erklärt auf dem Flughafen, was es mit solchen Gleichgewichten auf sich hat). Wenn Magma mit wenig oder keinen darin gelösten Gasen als Lava an die Oberfläche tritt, erstarrt es dort zu hartem, kompakten Gestein, auf Lanzarote ist das in der Regel Basalt.

Wenn jedoch viel Gas im Magma gelöst ist und beim Ausbruch eines Vulkans der Druck darauf plötzlich stark nachlässt, verhält sich die Sache wie beim Öffnen einer Mineralwasserflasche: Die Gase bleiben nicht länger gelöst und nehmen damit schlagartig sehr viel mehr Raum ein. Durch die explosionsartige Ausdehnung entstehen in der Lava Blasen und die flüssige Masse wird auseinandergerissen und aus dem Krater geschleudert. Im Flug oder kurz nach der Landung in der Umgebung des Kraters erstarren die Lavafetzen zu Aschekörnern, Staub und bizarr geformten, porösen Steinen (Solche Wurfgeschosse mit einem Durchmesser ab 6,4cm werden auch vulkanische Bomben genannt). Solche Schlacken bestehen aus dem gleichen Basalt wie das kompaktere Gestein der Insel. Sie sollten also von dunkelgrauer bis schwarzer Farbe sein.

Der Schlackenkegel des Rabenvulkans ist dafür jedoch erstaunlich farbenfroh. Grund dafür ist, dass Basalt häufig Atome verschiedener Metalle – allen voran Eisen – enthält, die mit dem Sauerstoff in der Luft zu farbenfrohen Oxiden reagieren können (mehr dazu erfährst du bei der Rostparade). Und die enorm grosse, poröse Oberfläche der Schlackenfetzen bietet überdies reichlich Eisen im Gestein die Gelegenheit, mit Luftsauerstoff in Kontakt zu kommen.

Rote Farbtöne weisen somit auf Eisen im Basalt hin, das an der Luft “gerostet” ist. Helle, gelbe Verfärbungen können entstehen, wenn im Anschluss an einen Ausbruch weitere reaktionsfreudige Gase in Fumarolen aus dem Kegel strömen und mit ihrer Umgebung reagieren, oder wenn der Basalt in Jahrhunderttausenden an der Luft langsam verwittert. Es lohnt sich jedoch genau hinzuschauen: Die Flechten, die als erste Bewohner einer “neuen” Vulkanlandschaft auf den Schlacken wachsen, können ebenfalls weiss bis gelb erscheinen!

Wer schon mehr Ausdauer mitbringt, kann auch von Mancha Blanca aus auf Wanderwegen über das sonst fast unbegehbare (s. 1.) Lavafeld wandern und die Caldera Blanca besteigen. Der Blick in diesen alten, verwitterten Riesenkegel und über die Vulkanlandschaft des Timanfaya-Nationalparks ist atemberaubend. Achtung, festhalten! Auf dem oberen Rand der Caldera kann ein sehr starker Wind wehen (Weglänge bis zum oberen Kraterrand: eine Strecke ca. 4,5km)!

Kathi Keinstein auf dem Rand der Caldera Blanca

 

4. Für Neugierige: Den Eingang zur Hölle besuchen: Timanfaya-Nationalpark mit Besucherzentrum

Wusstest du, dass der Vulkan unter Lanzarote auch heute alles andere als erloschen ist? Keine Sorge, heute kennen die Wissenschaftler die Vorzeichen eines Ausbruchs, sodass keiner der Feuerberge hier plötzlich und ohne Warnung wieder Lava spucken wird. Und trotzdem ist die Hitze des gesammelten Magmas unter der Insel im Herzen des Nationalparks bis an die Oberfläche spürbar!

a) In der Ausstellung über Vulkanismus lernen

Im Besucherzentrum (Centro de Visitantes) kannst du in einer Ausstellung Spannendes über Vulkane und den Hotspot unter den kanarischen Inseln bzw. Lanzarote sowie über die Pflanzen und Tiere im Park lernen. Die Info-Tafeln und Ausstellungsstücke sind neben Spanisch auch auf Englisch (ich bin nicht mehr sicher, ob auch auf Deutsch) beschriftet. Dank Video-Aufnahmen von Ausbrüchen an anderen Orten kannst du unter anderem zuschauen, wie die bizarren Lava-Landschaften Lanzarotes vor 300 Jahren oder noch früher entstanden sind.

Hot Spot-Vulkanismus: Warum ist es unter Lanzarote warm?

Vulkane, also Orte, an welchen flüssiges Gestein aus der Erde tritt, gibt es nur in speziellen Bereichen der Erdkruste. Das heisse Material aus dem Erdmantel, das einen Vulkan speisen könnte, ist nämlich nicht flüssig, sondern ähnlich fest wie Gummi. Das rührt daher, dass ein gewaltiger Druck auf dem Mantel lastet – und je höherer Druck auf etwas lastet, desto höher muss die Temperatur sein, damit etwas schmilzt.

Wo Magma entsteht: Geotherme versus Solidus

By Woudloper (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons, mit der folgenden Erklärung hier gefunden

 

Die Schmelztemperatur für Erdkrusten- und -mantelgestein ist in den Diagrammen unten für jede Tiefe bis über 150km eingezeichnet, sodass sich aus all diesen Punkten die grüne, “Solidus” (lat. “fest”) genannte Linie ergibt. Erst bei Temperaturen rechts der grünen Linie kann das Gestein in der jeweiligen Tiefe flüssig sein. Die tatsächliche Temperatur des Gesteins für jede Tiefe markiert die rote, “Geotherm” (griech.: “Erdwärme”) genannte Linie. Diese verläuft im Normalfall (A) links von der grünen Linie, also im Bereich des festen Gesteins.

An einem mittelozeanischen Rücken (B), wo zwei Erdplatten auseinanderdriften, ist der kalte Bereich der Erdkruste sehr dünn, d.h. die Temperatur steigt schon in sehr geringer Tiefe bis über 1000°C an, sodass die rote Kurve im oberen Bereich rechts der grünen verläuft: Hier kann dicht unter der Erdoberfläche flüssiges Gestein entstehen (roter Bereich in der Grafik unten). In einer Subduktionszone, wo sich eine Erdplatte unter eine andere schiebt (D), sorgen die dabei wirkenden Kräfte für eine Veränderung der Druckverhältnisse, die dem Gestein erlauben, bei niedrigeren Temperaturen zu schmelzen: Die grüne Kurve verläuft weiter links und kreuzt so die rote – flüssiges Gestein entsteht in der Tiefe und kann nach oben vordringen.

Die kanarischen Inseln befinden sich jedoch mitten auf einer Erdplatte. Tief unter ihnen durchzieht jedoch ein sogenannter Mantel-Plume (engl. oder franz. “plume” = Hutfeder) den Erdmantel (C). Das ist ein Kanal, durch den extrem heisses Material aus dem tiefen Erdinneren nach oben in die äusseren Schichten des Erdmantels dringt. Würde man sich von der Erdoberfläche aus einem solchen Gebilde nähern (also der roten Kurve folgen), würde es einem relativ schnell extrem heiss, bis die rote Temperaturkurve schliesslich am oberen Ende des Mantel-Plumes die grüne kreuzt. Dort kann sich also in mittlerer Tiefe flüssiges Gestein, also Magma bilden und in die Erdkruste eindringen. Dabei bleibt es heiss und – weil der Druck nach oben hin tendenziell weiter sinkt – flüssig.

Dicht unter Lanzarote sammelt sich solches Magma in einem Hohlraum, der Magma-Dom genannt wird und strahlt von dort solche Hitze ab, dass in einem Erdspalt an der Oberfläche trockene Pflanzen spontan in Flammen aufgehen können (ein “hot spot” ist buchstäblich ein “heisser Fleck”)! Erst wenn es dem Magma in seinem Dom zu eng wird, bricht es zuweilen als Lava durch die Kruste, wie zuletzt vor rund 300 Jahren auf Lanzarote: Am heissen Fleck bricht ein Vulkan aus.

 
b) Hitze aus der Erde spüren Feuerloch-Vorführung und Vulkan-Grill

Im Herzen des Nationalparks auf dem Hügel “Islote de Hilario” thront das Restaurant “El Diablo”, welches direkt auf einem der heissesten Orte Lanzarotes errichtet worden ist. In unmittelbarer Umgebung des Gebäudes gibt es Löcher im Boden, welchen man nicht zu nahe kommen sollte. Keine Sorge, sie sind sorgfältig markiert und zu Besuchszeiten nicht zu übersehen! Denn Park-Ranger demonstrieren hier den Besuchern die Hitze im Boden, indem sie trockenes Gestrüpp in ein Loch schieben oder einen Eimer Wasser hinein schütten (Abstand halten! Das Wasser kommt zurück!).

Brennender Busch im Timanfaya - Nationalpark

Hier wird nicht gezündelt: Die Hitze im Boden entzündet das Feuer!

 

Im Restaurant kannst du auf dem Vulkan Gegrilltes kosten – eines der heissen Erdlöcher ist hier mit einer Mauer eingefasst und wird als Grill verwendet!

c) Busfahrt oder geführte Wanderung durch Mondlandschaft/Lavatunnel

Jenseits der Zufahrt des “El Diablo” ist die bizarre Vulkanlandschaft des Nationalparks für Autos und die eigenständige Erkundung zu Fuss gesperrt. Vom Parkplatz vor dem Restaurant starten jedoch regelmässig Bustouren über einen 14 Kilometer langen Rundkurs durch die Feuerberge (im Parkeintritt inbegriffen).

Über den Bus-Lautsprecher gibt es (mehrsprachig!) nebst Erklärungen zu einzelnen Stationen Auszüge aus dem Tagebuch des Pfarrers von Yaiza, der den Ausbruch vor 300 Jahren miterlebt hat, sowie sehr stimmungsvolle musikalische Untermalung. Die Fenster unseres Busses waren überdies so sauber, dass wir sogar brauchbare Fotos machen konnten!

Lavakanal im Timanfaya Nationalpark

Der Bus passt soeben durch diesen einstigen Lavakanal

 

Wenn du mindestens 16 bist und mehr Zeit und Ausdauer mitbringst, kannst du dich am Besucherzentrum auch einer kostenlosen geführten Wanderung anschliessen (Anmeldung 14 Tage im Voraus!) und dir die Geologie, Flora und Fauna auf Englisch oder Spanisch erklären lassen.

 

Noch mehr Spannendes für Naturforscher

Und wer noch nicht genug hat, findet auf und um Lanzarote noch viele weitere Möglichkeiten, die Natur zu erkunden. So zum Beispiel

  • beim Besuch der Cueva de los Verdes im Norden der Insel, einem begehbaren Abschnitt eines echten Lavatunnels, den du im Zuge einer Führung (mehrsprachig, ca. 2h45min) erkunden kannst
  • auf den Spuren der bizarren Pflanzenwelt Lanzarotes: Mit Hilfe einer Digitalkamera kannst du deine Funde in einem Herbarium sammeln, ohne die Pflanzen anrühren zu müssen (mehr dazu findest du hier)! Das meiste Grün findest du dabei im Norden der Insel!
  • Beim Besuch der Jameos del Agua: In diesem kurzen Lavatunnel-Abschnitt ganz in der Nähe der Cueva des los Verdes gibt es einen Teich, in welchem geheimnisvolle kleine weisse Krebse leben, die sonst nur in der Tiefsee vorkommen. Hier kommen zudem auch Kunst- und Gartenfreunde auf ihre Kosten, hat doch Cesar Manrique, der Star-Künstler der Insel, jenseits des Krebsteichs mitten im Lavafeld eine herrliche, begrünte Pool-Landschaft angelegt.
  • Bei der Überfahrt mit der Autofähre von Playa Blanca im Süden Lanzarotes auf die Nachbarinsel Fuerteventura, die unter anderem eine atemberaubende Dünenlandschaft bereithält und von ziemlich zutraulichen Atlashörnchen bewohnt wird.

Und bist du schon einmal auf Lanzarote gewesen? Was hast du dort erlebt? Was möchtest du ausprobieren, wenn du Lanzarote (oder eine der anderen Kanarischen Inseln) besuchst? 

Grand Prismatic Spring : Lebendiges Farbenspiel im Yellowstone - Nationalpark

Geologie – Wissenschaft vom Aufbau des Planeten Erde – beschäftigt sich zumeist mit dem “Lesen” von Steinen, stummen Zeugen von oft unvorstellbar ferner Vergangenheit. Doch im Yellowstone-Nationalpark in den USA offenbarte die Erdkruste sich uns im Sommer 2015 von ihrer lebendigen Seite: Die gewaltige Energie, welche in unserem Planeten steckt und Steine schafft, verändert und verschwinden lässt, ist in der Yellowstone-Caldera vielerorts sicht- und hautnah spürbar.


Ein Schweinekotelett verhält sich unerwartet

Der 5. September 1989, als ich meine ersten Vulkanbücher las und noch davon träumte die Geysire des Yellowstone zu sehen, beginnt im Norris-Geysir-Becken innerhalb der Caldera als ganz normaler Tag. Die viele Hektar weite Senke ist von grünen Hochgebirgs-Wäldern umgeben. Ihr Boden ist von bizarren, meist hellgrauen Strukturen bedeckt – Gestein wie von einem anderen Stern. Heisses Wasser ist allgegenwärtig. Es brodelt in oft kreisrunden Becken, rinnt in farbenfrohen Mäandern über den kargen Untergrund, steigt in weissen Dampfwolken gen Himmel auf. Und über allem liegt ein unverkennbarer Schwefelgeruch. Aus einer besonders bizarren Struktur, die ihrer Form nach an ein Schweinekotelett erinnert, schiesst mit ohrenbetäubendem Getöse ein Wasserstrahl neun Meter hoch in die Luft, ehe er vom Wind zerfasert und um reichlich Dampf erleichtert zur Erde zurückfällt.

Der lautstarke Wasserstrahl ist ein Geysir, der – anders als die meisten seiner Art – seit dem Frühling 1985 ununterbrochen heisses Wasser in den Himmel speit. Vielleicht wirkt er deswegen nicht besonders anziehend auf die wenigen Besucher, die sich an jenem Tag im Norris-Becken aufhalten – andere, periodisch ausbrechende Geysire sind womöglich spannender.

Dann, ganz plötzlich, wächst die Wassersäule über dem Kotelett, erreicht das Dreifache ihrer ursprünglichen Höhe. Einen Moment später gibt es einen Knall, alles fliegt auseinander. Gesteinsbrocken mit Durchmessern bis 1,88m fliegen durch die Luft, die kleinsten Trümmer bis zu 67 Meter weit.

Als der verbleibende Dampf sich verzieht und Stille einkehrt, wird ein Krater von 13,9 x 11,7 m Grösse sichtbar, umringt von aufgerichteten Trümmern der obersten Gesteinsschicht. In seinem Zentrum dringt immer noch heisses Wasser aus dem Untergrund, leicht bewegt von aufsteigendem Gas. Glücklicherweise ist keiner der Zeugen dieser hydrothermalen Explosion verletzt worden.

Der Krater, in welchem die Kotelett-Form nach wie vor zu erkennen ist, hat seinen Namen bis heute behalten: Porkchop-Geysir. Doch woher stammt die unglaubliche Energie, die dieses Gebilde an jenem Septembertag 1989 auseinander gerissen hat?

Porkchop Geysir 2015

Porkchop Geysir 2015 CC BY-SA 4.0 by Keinsteins Kiste : Die Überreste der hydrothermalen Explosion des Porkchop-Geysirs können Parkbesucher heute aus einer sicheren Entfernung von einigen Dutzend Metern begutachten.


Die Energiequelle: Der Ofen auf dem wir leben

Vor rund 4,5 Milliarden Jahren begann reichlich Staub, der in der Umlaufbahn unserer jungen Sonne gefangen war, sich zu einem Planeten zusammen zu ballen: Unserer Erde. Die Schwerkraft drückte den Staub zu einer zunehmend massiven Kugel zusammen. Und wo Druck auf Materie herrscht, entsteht unweigerlich Wärme. Im Inneren der jungen Erde hat diese Wärme ausgereicht, um den festen Staub bzw. das daraus entstehende feste Gestein zu schmelzen (mehr zur Umwandlung der Energie hierbei findest du unter Schmelzwärme), sodass die Erde in ihren ersten Lebensjahrmillionen eine glühende Kugel aus flüssiger Gesteinsmasse war. An der Oberfläche dieser Kugel konnte Wärme an den kalten Weltraum abgegeben werden, sodass die Erdoberfläche im Laufe von Jahrmilliarden abkühlen und zu einer harten Kruste erstarren konnte. Auf dieser Kruste leben wir heute und graben darin nach Kohle und Erzen.

Im Innern der Erde ist es jedoch über vier Milliarden Jahre hinweg heiss geblieben, teils aufgrund des nach wie vor herrschenden Drucks, teils durch zusätzliche Wärme, die beim stetigen Zerfall radioaktiver Elemente im Erdinnern entsteht.

Wärme aus der Tiefe: Ein Mantelplume als Heizungsrohr

Heute gilt der Kern der Erde als flüssig, während der Erdmantel, der das weit grösste Volumen im Innern des Planeten einnimmt, zwar fest, aber glühend heiss und plastisch wie Knetgummi ist. So geschieht es manchmal, dass heisses Gestein aus grosser Tiefe im Erdmantel aufsteigt (ähnlich einem Heissluftballon in kalter Luft): Das Ergebnis ist ein langer Schlauch heisser Materie, der in Richtung Erdoberfläche reicht und nach oben immer weiter wird: ein sogenannter Mantelplume. Im oberen Bereich eines Mantelplumes kühlt das Gestein kaum ab, während der Druck darauf merklich sinkt, sodass das Material schliesslich schmelzen kann: Es entsteht eine Magmakammer irgendwo dicht unter der Erdkruste.

Ein solcher Mantelplume, der gleich zwei Magmakammern speist, befindet sich unter dem Yellowstone-Nationalpark und heizt dort die Erdkruste auf. Wenn sich Magma in der Kammer sammelt und schliesslich an die Erdoberfläche dringt, entsteht ein Hot-Spot-Vulkan. Ein grosser Ausbruch des Yellowstone-Hot Spots ereignete sich vor etwa 630.000 Jahren:

Im Magma in der Kammer unter dem heutigen Nationalpark ist eine Menge Wasser gelöst. An der Erdoberfläche, bei Atmosphärendruck, würde Wasser sich nicht in flüssigem Gestein lösen – bei dem hohen Druck, der in der reichlich gefüllten Magmakammer herrscht, hingegen schon. Allerdings wird selbst Gestein, wie es die Kammer nach oben abschliesst, mit der Zeit brüchig, und Gase – vielleicht auch kleinere Lavamengen – können entweichen. So bleibt  dem übrigen Magma mehr Raum in der Kammer: Der Druck, sinkt. Und wenn das geschieht, wird das Wasser sich irgendwann nicht mehr lösen (der Lösungsvorgang ist ein Prozess im Gleichgewicht- Le Chatelier weiss am Flughafen genaues über die Abhängigkeit der Gleichgewichtslage vom Druck zu berichten), und es bildet Dampfblasen.

Nun braucht Wasserdampf etwa 1000 mal mehr Platz als Wasser, das in Magma gelöst ist, sodass das Volumen des Kammerinhalts sprungartig grösser wird. Das kann auch das härteste Gestein nicht zusammenhalten. Die Magmakammer platzt auf und riesige Mengen Asche (man schätzt bis zu 1000 km³, die später bis 300m dicke Ablagerungen bilden sollten) werden in einer gewaltigen Explosion hinaus- und in die Atmosphäre geschleudert. Über dem zurückbleibenden Hohlraum in der Kammer bricht die dünne Kruste zusammen – eine riesige Caldera – eine durch Einsturz des Bodens entstandene Senke – bleibt zurück. In den folgenden Jahrhunderttausenden ist jedoch weiteres Magma aufgestiegen und als Lava (Rhyolit) über und in die Caldera geflossen, sodass die Ränder der Yellowstone-Caldera heute nicht mehr überall auszumachen sind.

Wo früher Explosionen die Erde zerrissen und flüssiges Gestein sich in Lavaströmen über die Erde wälzte, erstreckt sich heute eine friedliche, von Pflanzen und Tieren belebte und von Touristen gern besuchte Landschaft.

Doch noch immer sammelt sich heisses Magma in der Kammer nur wenige Meilen unter dem Park und heizt die dünne Kruste auf. Die Folge ist eine einzigartige Landschaft, in welcher die Erde selbst zu leben scheint.

Wasser kommt ins Spiel: Hydrothermale Gebilde

Die Yellowstone-Caldera ist so gewaltig (sie hat einen Durchmesser von 48 bis 72 Kilometern!), dass man sie nicht als “Krater” eines einzelnen feuerspeienden Berges bezeichnen kann. Vielmehr umfasst das Gebiet über dem Magmadom heute ein ganzes Gebirge: Der gleichnamige Nationalpark liegt praktisch vollständig in einer Höhe über 2000 Metern über dem Meer. So ergibt sich eine Hochgebirgsregion mit allem, was dazugehört: Viel Schnee, im kurzen Sommer Regen, dazu Flüsse und Seen. Mit anderen Worten: Es gibt jede Menge Wasser. Und wo es Oberflächenwasser gibt, gibt es ebenso reichlich Grundwasser.

Das Grundwasser sickert tief in die steinige Kruste über der Magmakammer, bis es tief in der Erde auf eine undurchlässige Gesteinsschicht trifft. Dort sammelt es sich und wird von der Wärme, die von der Kammer ausgeht, erhitzt (mehr über die Übertragung von Wärme kann die Energie höchstselbst dir hier erzählen). Dabei erreicht es Temperaturen von 100 – 250°C – der Druck der Wassersäule, die auf dem tiefsten Wasser lastet, hindert es vorerst daran zu sieden.  Doch sobald das Wasser genug Energie hat um diesen Druck zu überwinden, beginnen Dampfblasen aufzusteigen, die sich ihren Weg durch Spalten und Aussparungen – eine Art natürliches Leitungssystem – nach oben suchen.


Heisse Quellen

Wenn solch ein Leitungssystem bis an die Erdoberfläche reicht, endet die darin enthaltene Wassersäule häufig in einem trichterförmigen Teich, dessen Wasser trotz einer Temperatur von “nur” noch 40 – 60°C an der Oberfläche lebhaft zu kochen scheint, wenn Dampfblasen aus der Tiefe aufsteigen.

Heisse Quelle im Yellowstone-Nationalpark

Heisse Quelle am Fountain Paint Pot Trail CC BY-SA 4.0 by Reto Lippuner : Der Eindruck kochenden Wassers entsteht durch Dampfblasen, die aus der trichterförmigen Tiefe aufsteigen. Obwohl das Wasser an der Oberfläche nicht siedet: Zum Baden sind solche Quellen definitiv zu heiss!  

Durch das Aufsteigen des Dampfes sinkt der Druck in der Tiefe der Quelle leicht, was zur Entstehung von noch mehr Dampfblasen führt. Wenn das Leitungssystem zur Oberfläche weit genug ist, bleiben die Druckunterschiede klein, da Wasser und Dampf sich weitgehend frei bewegen können, und das Ergebnis ist eine permanent, aber weitgehend friedlich brodelnde heisse Quelle.


Schlammtöpfe

Damit eine heisse Quelle nicht versiegt, muss sie durchgehend von neuem Grundwasser gespeist werden. Allerdings schwankt der Wassergehalt im Untergrund der Yellowstone-Caldera im Laufe der Jahreszeiten erheblich: Die Schneeschmelze im Frühjahr bringt reichlich Wasser, während der Boden im Spätsommer und Frühherbst ziemlich trocken werden kann. Wenn eine heisse Quelle deshalb nicht mehr vollständig “nachgefüllt” werden kann, schrumpft ihre Wassersäule, was an der Oberfläche zu gravierenden Veränderungen führt.

Manche dieser Quellen verwandeln sich bei Wassermangel in Löcher voller weissem, zähem Schlamm, durch welchen sich die Dampfblasen ihren Weg nach oben mühsam erkämpfen müssen. Wenn sie dort erst einmal angelangt sind, zerplatzen sie mit dem schmatzenden Geräusch eines kochenden Eintopfs und schleudern den Schlamm zuweilen meterweit empor.

Schlammtopf am Artists' Paintpots Trail

Schlammtopf am Artists’ Paintpots Trail Ende Juli 2015 CC BY-SA 4.0 by Keinsteins Kiste : Während des wasserarmen Sommers trocknen diese schlammigen Quellen zunehmend aus, wobei sich an den trockenen Rändern die typischen Risse bilden. Das Geräusch der platzenden Dampfblasen erinnert eindrücklich an kochenden Eintopf – dieser hier riecht aber nicht so gut!


Fumarolen

Manchmal kann selbst solch ein Schlammkessel vollkommen austrocknen, oder die Oberfläche der Wassersäule einer heissen Quelle sinkt einfach bis tief in den Untergrund. Dann tritt der aufsteigende Dampf direkt aus der Öffnung an die Erdoberfläche, oft deutlich hörbar wie beim Entweichen aus einem Dampfkessel.

Fumarolen im Yellowstone-Nationalpark

Fumarolen am Artists’ Paintpots Trail  CC BY-SA 2.0 by Reto Lippuner : Diese beiden heissen Quellen führen Ende Juli kein sichtbares Wasser mehr – der Dampf scheint direkt dem Erdboden zu entströmen. Andere Fumarolen an den erhöhten Rändern von Geysir-Becken speien ganzjährig Dampf.  

Solche Fumarolen finden sich auch häufig an erhöhten Rändern hydrothermaler Becken, die keine unterirdische Wassersäule erreicht.

Die spannendsten und zugleich lebendigsten Gebilde entstehen jedoch, wenn es in einer heissen Quelle eng wird.


Geysire

Ist nämlich das natürliche Leitungssystem einer heissen Quelle zu eng um den darin entstehenden Wasserdampf ungehindert zur Erdoberfläche abzuleiten, entsteht innerhalb der unterirdischen Leitungen Stau. Im Bereich unter einer Engstelle kann der Druck durch die Wärme sehr hoch werden, weil das Gestein ringsum das Wasser an jeder Ausdehnung hindert. Bei einer entsprechend hohen Temperatur beginnt dieses Wasser erst zu sieden, und entsprechend viel Dampf entsteht auf einmal, wenn der Druck durch erstes Sieden erst abzufallen beginnt.

All dieser Dampf entweicht schliesslich mit hoher Geschwindigkeit durch die enge Öffnung des Geysirs nach oben, sodass er mitsamt mitgerissenem bzw. durch Kondensation entstehendem Wasser viele Meter hoch in die Luft schiesst. Der grösste Geysir in der Yellowstone-Caldera, der Steamboat-Geysir, kann so eine Fontäne von bis zu 130 Metern Höhe erzeugen!

Ein Grossteil des so ausgespienen Wassers versickert im umliegenden Boden oder fliesst direkt in die Öffnung des Geysirs zurück. Zurück in den unterirdischen Leitungen wird es wieder erwärmt, staut sich dabei wieder unter der Engstelle, und schliesslich bricht der Geysir aufs Neue aus.

Geysire im Yellowstone-Nationalpark

Zwei Geysire in Aktion  CC BY-SA 4.0 by Reto Lippuner : Links: White Dome Geyser: Ablagerungen aus im Wasser enthaltenen Mineralstoffen haben sich rings um die Öffnung des Geysirs zu einem “Dom” aus Kieselsinter bzw. Geyserit aufgetürmt – Rechts: Dieser Geysir auf dem Upper Geyser Basin erhebt sich aus einem flachen Teich, der während seiner Ruhephase zeitweise trocken fällt.

Je grösser die Fontäne eines Geysirs ist, und je länger ein Ausbruch dauert, desto mehr Zeit benötigt er in der Regel zum “Aufladen”, und nicht alle Geysire brechen mit der gleichen Regelmässigkeit aus. Die Zeitspanne, die zwischen ‘grossen’ Ausbrüchen des Steamboat-Geysirs liegt, bewegt sich in der Grössenordnung von Jahren und ist zudem nicht vorhersagbar. Der Grand Geyser, der immerhin bis zu 60 Meter Höhe erreicht, speit etwa alle 13 Stunden 10 bis 15 Minuten lang Wasser. Der berühmte “Old Faithful” präsentiert sich relativ genau alle eineinhalb Stunden mit bis zu 56 Metern Höhe, und kleine Geysire wie den lebhaften Vixen-Geyser, einen Nachbarn des Schweinekoteletts, kann man alle paar Minuten beim Ausbruch auf etwa 2 Meter Höhe beobachten.


Schwefel in den hydrothermalen Becken

Neben bis zu kochend heissem Wasser setzen die meisten dieser hydrothermalen Gebilde Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefelwasserstoff und kleinere Mengen Schwefeldioxid, frei. Beide Stoffe sind bei den Bedingungen an der Erdoberfläche Gase, die sich gut in Wasser lösen. Schwefelwasserstoff macht sich durch seinen markanten Geruch nach faulen Eiern schon in kleinen Mengen bemerkbar, während Schwefeldioxid keinen eigentlichen Geruch hat, dafür aber spürbar unsere Schleimhäute angreift (beide Gase sind in hohen Konzentrationen sehr giftig – allerdings kommen im Yellowstone-Nationalpark wohl kaum giftige Mengen zusammen, bevor nicht jeder Tourist freiwillig das Weite sucht).

Schwefeldioxid reagiert, wenn es in Wasser gelöst wird, zu schwefliger Säure:

Schwefelwasserstoff ist schon als solches eine Säure (denn eine Säure ist ein Stoff, der mindestens ein H+ -Ion (an ein Wassermolekül) abgeben kann):

Deshalb reagiert das Wasser der meisten hydrothermalen Gebilde saurer als “normales” Wasser. Das wird besonders deutlich angesichts abgestorbener Bäume in der direkten Umgebung dieser Gebilde, die an Waldschäden durch sauren Regen erinnern (auch saurer Regen entsteht (unter anderem) aus Schwefeldioxid, welches in die Erdatmosphäre gelangt und sich im Wasser von Wolken löst).


Gibt es in dieser lebensfeindlichen Umgebung Leben?

Kochendes Wasser, giftige Gase, Säure…man sollte meinen, unter solch lebensfeindlichen Umständen seien Geysirfelder und andere hydrothermale Gebilde leblose geologische Kuriositäten. Umso überraschender mag es erscheinen, dass die Becken von Geysiren, die seichten Ufer und Abläufe von heissen Quellen, die Oberflächen von Sinterterrassen und sogar der sauerste Schlammtopf des Parks (dessen Säuregehalt mit Magensäure vergleichbar ist und dessen “Schwefelgeruch” sogar abgehärteten Chemikern unangenehm werden kann!) regelrecht von Leben wimmeln.

Erkennbar ist das (von Fussabdrücken verirrter Bisons und vereinzelten Strandläufern im flachen Wasser abgesehen) an den kräftigen Farben, in welchen aktive, d.h. wasserführende hydrothermale Gebilde sich präsentieren. Die Ablagerungen von Siliziumoxid-Verbindungen aus dem Wasser, Kieselsinter oder Geyserit genannt, die die steinernen Strukturen formen, sind nämlich von Natur aus weiss.

Dass die Ränder vieler heisser Quellen in sattem Gelb, Orange, Braun oder Rot erscheinen, ist verschiedenen thermophilen Mikroben, also wärmeliebenden Kleinstlebewesen (hauptsächlich Bakterien) zu verdanken, die in riesigen Kolonien – regelrechten Matten – das flache Wasser besiedeln.

Thermophile Bakterien im Yellowstone-Nationalpark

Thermophile Bewohner der Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs  CC BY-SA 4.0 by Reto Lippuner : Im heissen Wasser, das über die Terrassen fliesst, leben thermophile Bakterien, die Carotin-Farbstoffe enthalten und daher rostrot und braun erscheinen. Links oben, wo es mit 38-56°C etwas kühler ist, leben grüne Cyanobakterien, die Photosynthese betreiben können. Diese Bewohner des Parks machen übrigens niemanden krank: Sie fühlen sich in unseren “kalten” Körpern (unsere Körpertemperatur beträgt gewöhnlich ca. 37°C) schliesslich garnicht wohl.  

Diese Bakterien gewinnen ihre Energie zum Leben aus chemischen Reaktionen von Stoffen aus ihrer Umgebung und ihr Stoffwechsel funktioniert bei Temperaturen von bis zu 91°C, bei welchen die am Stoffwechsel beteiligten Proteine von Tieren (und uns) und den allermeisten Pflanzen längst denaturieren und den Geist aufgeben würden. Die gelben, roten und braunen Farbtöne rühren daher, dass die besonders Wärmeliebenden, ab etwa 60°C Heimischen unter den thermophilen Bakterien Carotin-ähnliche (also mit dem Vitamin A verwandte) Farbstoffe enthalten. Dabei gibt der Farbton Auskunft über die Wassertemperatur: Je höher die Temperatur des Wassers, desto heller sind die Bakterien darin.

Wenn das abfliessende heisse Wasser aus den hydrothermalen Gebilden auf offener Fläche etwas weiter abgekühlt ist (bei 38 – 56°C), finden sich – zum Beispiel auf den Terrassen der Mammoth Hot Springs – mancherorts strahlend smaragdgrüne Matten. Hier leben Cyanobakterien, die ihre Energie mittels Photosynthese aus Sonnenlicht gewinnen und dazu das grüne Protein Chlorophyll verwenden – ganz wie grüne Pflanzen.

Das Artikelbild zeigt die wohl bekannteste und farbenfroheste Ansammlung thermophiler Lebewesen, das Ufer der “Grand Prismatic Spring”, die sonst hauptsächlich von Luftaufnahmen bekannt ist.


Kann auch der Mensch die Energie in der Yellowstone-Caldera nutzen?

Angesichts solch vielfältiger, geradezu greifbarer Erscheinungen von Energie drängt sich die Frage nach ihrer Nutzung geradezu auf. Die Besuchereinrichtungen im Nationalpark brauchen Strom, der Swimmingpool und die Räume im Besucherhotel wollen geheizt, das Essen im Park-Restaurant erwärmt werden. Warum also nicht die reichlich vorhandene Energie aus dem Erdinnern in die gewünschten, nutzbaren Formen umwandeln?

So dachten vor genau einhundert Jahren auch die Betreiber des Old Faithful Inn nahe dem gleichnamigen Geysir, und installierten eine Rohrleitung, welche Wasser aus einer abgelegenen heissen Quelle direkt in den Swimmingpool des Hotels beförderte. Das so geschaffene “Geysir-Bad” dürfte sich prima verkauft haben. Allerdings hatten seine Schöpfer nicht damit gerechnet, dass das Absinken des Wasserspiegels ihrer angezapften Quelle durch den zusätzlichen Abfluss eine Engstelle der natürlichen Öffnung an genau die richtige Position rückte, um einen Geysir zu schaffen. Seither entleert sich der “Solitary Geyser” etwa alle fünf Minuten in einer bis 2 Meter hohen Fontäne (einzig als wir vor Ort waren schien er dazu nicht in Stimmung gewesen zu sein – vielleicht des trockenen Sommers wegen?), obwohl der künstliche Abfluss schon seit Jahrzehnten nicht mehr verwendet wird.

Diese und ähnliche Geschichten machen deutlich, wie empfindlich das Zusammenspiel von Erdwärme und Wasser in den Geysir-Becken des Yellowstone ist. Neben menschlichen Einflüssen sind auch natürliche Veränderungen der hydrothermalen Gebilde nur sehr begrenzt vorhersagbar – die unvermittelte Explosion des Porkchop-Geysers ist nur ein spektakuläres Beispiel dafür. Deshalb sieht man seit geraumer Zeit von der Nutzung der Energie aus den Tiefen der Yellowstone-Caldera ab.

In weniger fragiler Umgebung kann die Erdwärme jedoch genutzt werden und zählt, da sie unbegrenzt zur Verfügung steht, so lange die Erde nicht abkühlt, zu den “erneuerbaren” Energieformen (auch wenn wer die Wahrheiten über die Energie kennt weiss, dass Energie eigentlich nicht unbegrenzt “erneuert” werden kann). Die erfolgreiche Nutzung von Erdwärme durch den Menschen ist jedoch eine andere Geschichte.

Und hast du auch schon einmal ein Geysirfeld besucht? Welche Energieformen und -Umwandlungen hast du dort erlebt?

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Artikelbild: Grand Prismatic Spring  by Reto Lippuner

Literatur: J.Chapple (2002). Yellowstone Treasures – The Traveler’s Companion to the National Park. Providence: Granite Peak Publications; Dokumentation im Park