Junge Vulkane der Westeifel: Die Papenkaule

Die Papenkaule liegt auf einem Dolomitplateau nördlich von Gerolstein und bezeichnet eine 200 m breite Senke. Die Senke stellt dabei den Krater eines flachen Schlackenkegels dar.
Die gesamte Fördermenge ist jedoch nicht gering wie der kleine Krater vermuten lässt, denn die Hauptmasse des geförderten Magmas ist seitlich im Nordwesten durch das Dolomitplateau gebrochen und hat einen 1 km langen Lavastrom bis nach Gerolstein fließen lassen. Diese starke Mobilität des Magmas durch das Dolomitplateau lässt den Verdacht aufkommen, dass das Magma relativ niedrig viskos und damit heißer als die Magmen der älteren Phase des Westeifeler Vulkanfelds war.

 

Der Vulkan ist ca. 30.000 Jahre alt und eruptierte mafischen Basanit, ein Magma das relativ unverändert aus dem Erdmantel aufgestiegen ist. 



Junge Vulkane der Westeifel: Das Booser Doppelmaar

Zwei bisher im Blog nicht genannte, aber dennoch erwähnenswerte Vulkane der Westeifel, sind das Booser Doppelmaar und die Papenkaule bei Gerolstein (Eintrag folgt noch). Beide Vulkane enstandenen vor ca. 30.000 Jahren, zur selben Zeit wie die Wartgesberg-Gruppe und den Vulkanen bei Bad Bertrich.

Beim Booser Doppelmaar entstanden zeitgleich auf einer 2 km langen NE-SW gerichteten Eruptionsspalte zwei Maare und mehrere kleine Schlackenkegel. Der westlichste Schlackenkegel eruptierte dabei einen ca. 300m langen Lavastrom.

In einem Aufschluss im Osten der Eruptionsspalte kann man die Eruptionsgeschichte verfolgen.

Es lässt sich dabei eine Wechsellagerung von dunklen blasigen Lapilli, deren Ursprung einer der Schlackenkegel ist, mit hellen, nebengesteinsreichen Tuffen der Maare erkennen. 

In der oberen, hellen Tufflage erkennt man Dellen von Bombeneinschlägen deren Ursprung wieder einer der wachsenden Schlackenkegel darstellt. Abgeschlossen wird die Abfolge von dessen rötlichen Schlacken.

Die magmatische Zusammensetzung des Booser Doppelmaars ist basanitisch, eine Zusammensetzung die von der Westeifel erst in jüngerer Zeit eruptiert wurde. (Siehe auch hier).

5 Jahre Magmatismus und Geodynamik Deutschlands...

... und über 40 Posts. Zeit einen kleinen Rückblick zu machen und einen Ausblick für die Zukunft zu geben
Wir behandelten... :

Intraplattenvulkane: Schlackenkegel, Maare, Dome, Tuffschlote
Vulkanfelder: Odenwald, Westeifel
Eruptionszentren: Laacher See, Wartgesberggruppe, Buerberg
Den Katzenbuckel: Teil 1, Teil 2, Teil 3
Große Einzelvulkane: Kaiserstuhl, Vogelsberg ( Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4 )
Basalte

...desweiteren schauten wir uns verschiedene tektonische Begebenheiten an:

Riftzonen: Oberrheingraben,
Antiklinalen
Hebung

Die jüngsten Einträge beschäftigten sich mit der alternativen Energiequelle Geothermie:

Geothermie in: Vulkanfeldern, Vulkankomplexen, Riftzonen

In Zukunft wird es auch wieder Berichte von Exkursionszielen geben sowie aktuelle News aus der Geowelt.

Geothermie in Deutschland Teil 3: "Geothermie in Grabenzonen."

Eine Grabenzone entsteht, wenn die Erdkruste gedehnt wird. Vereinfacht gesehen bilden sich zwei große Randstörungen, die steil einfallen und bis zur Conrad-Grenze (der Grenze zur verformbaren, weichen Kruste) in 20 km Tiefe reichen. Entlang dieser Randstörungen sinkt der Graben keilförmig ein. Jenseits der Conrad-Grenze fließt die Kruste bei Dehnung außeinander, da dort das Gestein plastisch deformierbar ist. An den Störungen bilden sich Kluftsysteme, die mehrere Kilometer in die Tiefe reichen. Wasser kann innerhalb dieser Bereiche zirkulieren, indem es entlang dieser Klüfte vordringt, sich aufheizt, und aufgrund seiner Volumenzunahme wieder aufsteigt.

Die größte Grabenzone in Deutschland ist der Oberrheingraben, sie entstand im Eozän vor ca. 45 Millionen Jahren als Hauptgraben des mitteleuropäischen Riftsystems. Das Riftsystem war hauptsächlich bis zum älteren Miozän vor ca. 17 Millionen Jahren aktiv und auch heute bewegen sich noch Teilbereiche der Gräben. Viele Thermalquellen zeugen am Oberrheingraben von offenen Kluftsystemen an den noch aktiven Störungen.

Gräben sind thermal aktive Gebiete, haben also erhöhte Geotherme. Lassen sich Standorte in Grabenzonen für die Geothermie nutzen?

Modellieren wir nun eine Grabenzone im Querschnitt. Der modellierte Krustenschnitt ist 30 km breit und 15 km tief, damit die Datenmenge nicht zu hoch ist, berechnen wir nur eine Grabenhälfte. Der Ausgangszustand ist wie in den Modellen der vorherigen Beiträge eine 80 km mächtige Lithosphäre mit einem Geotherm von 15°C pro km. Entlang der Randstörung berechnet das Modell nun die Zirkulation von Wasser, mit dem die Wärme aus der Tiefe konvektiv aufsteigen kann. Die aufsteigenden Wässer erhitzten das Gestein nahe der Erdoberfläche und kühlen den Ursprungsort an der Basis des Kluftsystems.

Die folgende Abbildung zeigt das Modell nach ca. 700.000 Jahren. Die Basis des Kluftsystem liegt bei 12 km und hat zur Absenkung der 175°C Isothermen geführt. Im Bereich eines Grabens kann es in größerer Tiefe sogar kühler sein als in den angrenzenden Gebieten.

Im folgenden Bild ist der konvektive Wärmestrom (Rot) entlang der Randstörung (Schwarz) eingetragen. Um den Schnitt zu vervollständigen ist die nichtberechnete gegenüberliegende Randstörung (Weiß) angedeutet.

Der Temperaturanstieg entlang der Randstörung ist zunächst sehr stark. Im Bereich des konvektiven Aufstiegs (Grün) nimmt die Temperatur über einen großen Tiefenbereich kaum mehr zu. In größerer Tiefe (bei ca. 12 km) gleicht sich der Geotherm wieder dem ungestörten Ausgangszustand (Rot) an.

Das Modell erreicht in 3 km Tiefe fasst 150°C, Geothermie wäre hier möglich.

 

Grabenzonen mit hydrothermalen Systemen eignen sich demnach als Geothermiestandorte, neben der erhöhten Temperatur steht auch zusätzlich Wasser als Transportmedium zur Verfügung.

 

Modelling Program:

Wohletz, K.H., 1999, KWare Heat3D software for multithreaded, 3-D,
heterogeneous heat flow simulation. Los Alamos National Laboratory Computer
Code LA-CC 99-27 (http://geodynamics.lanl.gov/Wohletz/Heat.htm), Los Alamos
New Mexico

Geothermie ist grundlastfähig!

Es ist einfach grotesk, bei allem Leid, dass die Japaner erfahren müssen, schafft es unsere Regierung nicht einen festen Entschluss zu fassen und vorbildhaft den Atomausstieg zu beginnen. Nein da müssen die vor einem halben Jahr noch angeblich sicheren AKWs überprüft werden, drei Monat Fristen um Zeit über die Wahl zu schinden.
Die Hauptargumente für die Betreibung der AKWs ist ihre Grundlastfähigkeit bei minimalen CO2 ausstoß. "Ökostrom" der aus Windenergie und Solarzellen stammt, kann auch kein AKW ersetzen da eben diese Fähigkeit zur Grundlastnutzung fehlt.
Als sauberste Energiequelle kann hier die Geothermie helfen. Selbst nach Jahrzehnten der Energieentnahme sinkt die Temperatur des Reservoirs kaum, auf menschliche Maßstäbe also eine unendliche Energiequelle.
Die Tiefengeothermie ist oft wegen der entstehenden Erdbeben (z.B. Basel, Landau) in verruf gekommen. Diese sind von der Magnitude jedoch minimal und die davon ausgehende Gefahr steht in keinem Verhältnis zu der Gefahr von AKWs, starke Erdbeben sind auf jedenfall ausgeschlossen!
Kernenergie wird jedoch trotzdem noch begrüßt, selbst wenn die Gefahren so offensichtlich sind.

Es ist endlich an der Zeit, dass sich alle Nationen der Kernenergie entledigen, gerade Japan mit seinen über 40 Vulkanen hätte genug Potential für günstige Geothermie.

Geothermie in Deutschland Teil 2: "Geothermisches Potential der jungen Vulkankomplexe des Osteifel Vulkanfeldes."

Mein vorheriger Eintrag erklärte uns, dass unter kleinen Vulkanfeldern keine nennenswerte thermische Anomalien entstehen können, da die Magmenkammern in zu großen Tiefen liegen. Es gibt in der Osteifel jedoch drei Lokalitäten (Rieden-Caldera, Wehrer-Kessel und Laacher See-Caldera) an denen kleine Magmakammern bis in mindestens 6 km Tiefe aufgestiegen sind. Damit unterscheidet sich die Osteifel von einem "normalen" Vulkanfeld (z.B. Westeifel), was durch die Abwesenheit von oberflächennahen Magmenkammern charakterisiert ist.
Könnte vielleicht unter diesen drei größeren Vulkankomplexen das Gestein heiß genug für die Erschließung von Geothermie sein?

Die Abbildung zeigt nun einen Schnitt durch die oberen 10 km der Kruste mit einem Geotherm von 15°C pro Kilometer. An der Basis des Schnittes, befindet sich eine Magmakammer, die in ihrer Größe der des Laacher See Vulkans entspricht.

Der obere Teil in lila besteht aus dem eruptionsfähigen (phonolithischen-) Magma und umfasst ein Volumen von 6 km³. Die rote Basis ist eine mafische Lage die noch einmal 3 km³ umfasst und nicht eruptiert.

Direkt nach der massiven Eruption ist der Schlotbereich erhitzt und an der Oberfläche herrschen direkt unter dem Krater eine Temperatur von über 400°C! Die mafische Lage an der Basis der Magmakammer ist nicht eruptiert, da sie an magmatischen Gasen verarmt als kristallreiche, dichte Lage immobil bleibt.

Lassen wir nun das System abkühlen und die Zeit verstreichen bis das Modell das heutige Alter des Laacher See Vulkans erreicht hat.

Die mafische Lage an der Basis der Magmakammer ist nun erstarrt. Seismisch gibt es nun keinen Hinweis mehr auf eine Magmakammer. Der Schlotbereich ist jedoch noch sehr heiß.

Der Geotherm erreicht im Bereich des Kraters schon in 1.5 km Tiefe eine Temperatur von 150°C. Die für die Geothermie notwendigen Temperaturen sind dort also schon in geringen Tiefen verfügbar. Dies belegen auch die Quellen um den Laacher See, sie haben eine leicht erhöhte Temperatur von 20°C. Diese Temperatur wird im Modell in 1 km Tiefe erreicht und deckt sich also ganz gut mit den Beobachtungen. Als Nächstes betrachten wir den Fall, wenn das Modell das Alter des Wehr Vulkans von 150.000 Jahren erreicht.

 

Die Wärme der abkühlenden Magmakammer breitet sich konduktiv in das umgebende Gestein aus.

Die für die Geothermie erforderlichen 150°C werden nun in 4 km Tiefe erreicht. Als letztes untersuchen wir die älteste Caldera der Osteifel, dem Riedener Vulkankomplex. Dieser hatte vor über 300.000 Jahren seine letzte Eruption.

Die Magmakammer ist sichtlich kälter geworden und die Hitze ist weit in das umgebende Gestein gewandert.

Während die Magmakammer sich weiter abgekühlt hat wird die für die Geothermie nötige Temperatur nun in 4.5 km Tiefe erreicht.

Dieses Modell hat uns gezeigt, dass es in Vulkanfeldern mit oberflächennahen Magmenkammern in der Tat erschließenswerte Geothermiestandorte gibt. In allen drei Fällen aus der Osteifel, besonders am Laacher See, sollte eine schlotnahe Bohrung einen erhöhten Geotherm vorfinden. Das Problem bei diesem Modell ist, dass bei diesen drei Vulkanen, die ja Calderen sind, der Untergrund stark zerrüttet ist. Eine geothermische Erschließung währe wohl mit viel Aufwand verbunden. Ebenfalls lässt die Tatsache, dass diese drei Wärmeanomalien räumlich sehr begrenzt sind, die Attraktivität sinken.

Modelling Program:

Wohletz, K.H., 1999, KWare Heat3D software for multithreaded, 3-D,
heterogeneous heat flow simulation. Los Alamos National Laboratory Computer
Code LA-CC 99-27 (http://geodynamics.lanl.gov/Wohletz/Heat.htm), Los Alamos
New Mexico.

http://rapidshare.com/files/450922284/Magmakammercooling.avi
Das Video zeigt die Abkühlung der Magmakammer bis zum thermischen Gleichgewicht nach 3.5 Millionen Jahren.

Geothermie in Deutschland Teil 1: "Geothermische Energie aus unseren Vulkangebieten?"

Geothermie ist ein aktuelles Thema in den erneuerbaren Energien. So sind doch 99% der Erde heißer als 1000°C, man muss sie nur irgendwie erreichen können. Um mit der Geothermie Strom zu erzeugen brauch man mindestens 150°C heißes Wasser, diese Temperaturen werden in geologisch ruhigen Gebieten erst in über 5 km Tiefe erreicht und für die Kosten einer Bohrung zählt jeder Meter der eingespart werden kann.
Am naheliegensten währen also Gebiete, bei denen die Temperatur schon in geringeren Tiefen sehr hoch ist. Island, die Insel die ihre Energie außschließlich aus Geothermie gewinnt und sich damit autark versorgt, ist als Extrem anzusehen, dort gibt es viel Vulkanismus und hydrothermale Systeme die die Hitze der Magmakammern an die Erdoberfläche transportieren.
Währe es also anzunehmen, dass auch unter den jungen mitteleuropäischen Vulkangebieten die Erde heißer als normal ist und für einen Geothermiestandort in Frage käme? 
Die folgenden Abbildungen zeigen Schnitte durch die Erdkruste und ihre thermalen Zustände.

Modellieren wir die mitteleuropäische Lithosphäre, welche ca. 80 km mächtig ist und an ihrer Basis, der Grenze zur Asthenosphäre 1200°C erreicht. Das ergäbe einen geothermischen Gradienten von 15°C pro km. Die Folgende Abbildung zeigt nun die oberen 30 km der Lithosphäre (der Erdkruste) und ihren thermischen Zustand.

Der Geotherm ist linear und erreicht an der Basis der Kruste in 30 km Tiefe 450°C.

Man muss ziemlich tief bohren (Rot) um die erforderlichen 150°C für die Stromerzeugung zu erreichen, werden sie in diesem Modell doch erst in 10 km Tiefe erreicht.
 
Nun heizen wir dem Modell ein und fügen die typischen magmatischen Formen, eines monogenetischen Vulkanfeldes, welche sich durch kleine Intrusionen charakterisieren, über die Zeit hinzu.
Während der Aktivität eines Vulkanfeldes befindet sich an der Basis der Kruste eine flach ausgedehnte Magmakammer, die von kleinen Magmaschüben aus dem Erdmantel gespeißt wird.
Hin und wieder steigen auch Magmakammern bis auf 15-20 km Tiefe auf, da dort in der Kruste eine Barriere ist. Diese Barriere, die Conrad-Grenze, ist eine Grenzschicht zwischen der weichen, deformierbaren unteren Kruste, in die Magmen leicht eindringen können und der spröden oberen Kruste, die das eindringen von Magmen nur unter Bildung von Brüchen zulässt.
Die folgende Abbildung zeigt das Vulkanfeld nach ca. 200.000 Jahren, die Basis der Kruste ist sichtlich heißer geworden durch die rege magmatische Aktivität und die Conrad-Grenze wurde im Bereich der Intrusionen angehoben (rote Linie).

Der Wärmeherd in 15-20 km tiefe entstand durch zahlreiche kleine Intrusionen die sich in den vergangenen 200.000 Jahren ereignet haben und an der Conrad-Grenze steckengeblieben sind.

Vulkanische Aktivität an der Oberfläche wird durch nur meterdicke Dykes (vulkanische Fördergänge) gespeist und kann daher nicht modelliert werden (eine modellierte Zelle ist 1 km breit und hoch) fällt aber auch nicht sonderlich ins Gewicht, da so ein Gang sehr rasch in einem Zeitraum von Monaten bis Jahren abkühlt .

 Nun ist das Vulkanfeld fast 300.000 Jahre alt und die jüngeren Intrusionen wandern immer weiter hinauf da durch die freiwerdende Hitze auch die Conrad-Grenze in geringere Tiefen verlegt. Wieder erkennt man den Wärmedom der sich um die Intrusionen ausbildet.

Nun betrachten wir das geothermische Potential das sich ergibt, wenn das Vulkanfeld das Alter der Eifel erreicht, also ca. 600.000 Jahre.

Durch weitere Intrusionsvorgänge hat sich eine beträchtliche Menge an Wärme in der mittleren und unteren Kruste gesammelt. Lohnt es sich nun hier Geothermie zu betreiben?

Der Blick auf den Geotherm zeigt uns nun keinen linearen Anstieg mehr. Die Temperatur ist nun an der Basis der Kruste doppelt so hoch wie zu dem Zeitpunkt bevor die magmatische Aktivität begann. Die Temperatur macht hier sogar in einer Tiefe von 15 km, das Temperaturprofil ist links neben der jüngsten Intrusion, einen Bogen im verlauf.

Jedoch hat die Temperatur in 10 km Tiefe nach wie vor einen Wert von ca. 150°C, das Gebiet ist geothermisch gesehen also uninteressant! Selbst wenn an der Erdoberfläche nun hunderte Vulkane stehen!
 

Nehmen wir nun einmal den hypothetischen Fall an, dass die Hitze erst noch Zeit brauch um konduktiv bis zur Oberfläche zu Steigen. Es gibt ältere Vulkangebiete in Mitteleuropa die vielleicht intressanter für die Geothermie währen, da dort die Hitze vielleicht konduktiv schon aufgestiegen ist. Im folgenden Szenario kommt es nach dem erlöschen des Vulkanfeldes zur Abkühlung der Magmenkammern. Im Modell intrudierten in die mittlere Kruste ca. 50 km³ Magma und an der Basis wurden ca. 300 km³ durch underplating angelagert, was für ein kleines Vulkanfeld wie die Eifel durchaus realistisch ist.

15 Millionen Jahre älter als die Eifel entspricht dem mittleren Alter der nächst jüngeren Vulkanfelder in Deutschland. Nach erlöschen der magmatischen Aktivität hat sich die Wärme der intrudierten Magmen fast homogen unter dem Vulkangebiet verteilt, ein schwacher, aber ausgebreiteter Wärmedom ist noch erkennbar.

Der Geotherm ist nun fast wieder linear. Die Temperatur an der Basis der Kruste hat wieder ihren ursprünglichen Wert von 450°C, in 10 km liegt sie nun bei 160°C, ist also nur um 10°C erhöht!

Uns hat dieses Modell gezeigt, dass sich in einem kleinen Vulkanfeld, keine nennenswerte Temperaturanomalie ausbildet, die für die geothermische Nutzung erschließenswert währe.

Modelling Program:

Wohletz, K.H., 1999, KWare Heat3D  software for multithreaded, 3-D,
heterogeneous heat flow simulation. Los Alamos National Laboratory Computer
Code LA-CC 99-27 (http://geodynamics.lanl.gov/Wohletz/Heat.htm), Los Alamos
New Mexico.

Videozusammenschnitt der Vulkanfeldentwicklung: http://rapidshare.com/files/449350436/Evolution.avi

Das Video zeigt die Entwicklung des Modells mit magmatischen Intrusionen und die darauffolgende Abkühlung.

Neuer Blogtitel!

Bald gibts hier wieder mehr zu lesen. Ab sofort ist der Blog erstmal unter einem neuen Titel erreichbar.

Der Buerberg

Etwa zeitgleich mit der Eruption der verhältnismäßig großen Vulkane bei Gillenfeld(Wartgesberg-Gruppe, Pulvermaar, etc...) entstand 10km west/nordwestlich davon bei Schutz der kleine Lapillikegel des Buerberg.

Der Kegel sitzt am Rande einer Hochfläche und überagt diese um ca. 50m, die talwärts gelegene Seite ist sehr Steil und an der Spitze kann man einen halbkreisförmigen nach Süden(zum Tal) geöffneten Krater erkennen.

Da der Vulkan recht klein ist und keinen Lavastrom besitzt, kann man sagen, dass hier nur sehr wenig Magma eruptiert wurde.
Schaut man sich die Ablagerungen des Vulkans an, fällt auf, dass es hauptsächlich Lapillischichten sind und kaum schlackenhaltige Lagen auftreten.

Damit unterscheidet sich der Buerberg von "normalen" Schlackenkegeln, welche in Kraternähe hauptsächlich aus Schweißschlacken und Bombentuffen bestehen.
Der Magmatyp des Buerberg fällt in das Feld der Foiditite, also dem Magmentyp welcher vorallem das ältere quartäre Vulkanfeld der Westeifel aufgebaut hat.Nun, wie kommt es dazu, dass dieser Vulkan hauptsächlich aus kleinen Lapillikügelchen besteht?Der Magmentyp des Buerberg ist fast undifferenziert aus dem Erdmantel gekommen und da er bei recht geringen partiellen Aufschmelzraten enstanden ist, enthält er sehr viele Volatile(CO2, H2O...).Volatilreiches, niedrig viskoses, foidisches Magma wie das des Buerberg kann rasch aus der Tiefe aufsteigen(Stunden-Tage). Bei der Eruption des Buerbergs entgaste und fragmentierte das Magma schon tief im Schlot, zu niedrig um die typischen Wurfschlacken eines Schlackenkegels zu bilden, stattdessen bilden sich kleine Kügelchen, die Lapilli.Durch den hohen Gasgehalt des Magmas welches auch mit Wasser in Berührung kam, war die Eruption phasenweise heftig, aber insgesamt, da nur wenig Material ausgeworfen wurde, nur von kurzer Dauer(Tage).
Der Vulkan entstand am Rande einer Hochfläche, wobei durch wiederholte Rutschung während der Eruption, sich der talwärts gelegene Teil des Vulkans nicht ausbilden konnte. An der Spitze blieb somit ein Halbkrater, der sich in Richtung des Tal öffnet. Die Ablagerungen liegen bis zum Bachgrund, welcher 100m unterhalb der Vulkanbasis liegt.

Die Wartgesberg Vulkangruppe

Vor 20.000-30.000 Jahren etwa kam es im südosten des Westeifeler Vulkanfeldes, bei Gillenfeld zu der bislang heftigsten mafischen Eruption.
Es öffnete sich eine ca. 1 km lange, nordwest-südost gerichtete Spalte welche heftige Lavafontänen förderte. Auf der Spalte entstanden mehrere hohe Schlackenkegel, die zu dem einstmals 120m hohen Wartgesberg zusammenwuchsen.(Große Bomben und rot oxidierte Schweißschlacken)
Diese Eruption stellt eine Besonderheit im Vulkanfeld der Westeifel dar, denn mit der Wartgesberg Eruption trat in der Westeifel ein ganz neuer Magmentyp auf, ein Basanit, welcher sich in großen Lavaströmen 2 km nach Norden und sogar 7 km nach Süden ausdehnt.
Jegliche ältere, Eruptionen von foiditischen Magma erreichen weit nicht diese großen Volumina, welche der Wartgesberg eruptierte.
Ca. 3 Monate sollen die Eruptionen angehalten haben, dann endete die Eruption des Wartgesberg in einer Maarexplosion, welche das Sprinker Maar am südöstlichen Ende der Spalte entstehen lies.
(Steinbruch Wartgesberg, der Kegel ist fast vollständig abgetragen)
Umfangreicher Schlackenabbau haben den Wartgesberg bis heute größtenteils abgetragen, erkennbar ist aber immernoch ein halbkreisförmiger Kraterwall an der Westseite des ehemaligen Berges, welcher wohl die beiden Lavaströme gefördert hat. Noch heute sägt sich der Bachlauf der Alf durch diesen Lavastrom, das er das bis heute nicht geschafft hat spricht für das junge alter des Stroms.

Der bimodale Vulkanismus der Westeifel

Das Vulkanfeld der Westeifel entstand in 2 Phasen, einer älteren vor 650.000-450.000 Jahren und einer jüngeren, die vor etwa 100.000 Jahren anfing.
In der älteren Phase entstanden zwischen Daun und der belgischen Grenze, im Nord-Westen des Vulkanfeldes, viele foiditische, also stark SiO2-untersättigte Schlackenkegel und Maare. Im Zentrum dieser älteren Phase, welche etwa nord-östlich von Gerolstein liegt, entstanden auch höher differenzierte "saure" Magmen, welche phonolithische Tuffe bilden.
Die Vulkane dieser älteren Phase sind weitgehend kleine Schlackenkegel mit kurzen Lavaströmen. Zwischen 450.000 und 100.000 Jahren vor heute fand kaum Aktivität statt, es scheint, dass in dieser Zeit kein Vulkan in der Westeifel entstand. Vor 100.000 Jahren lebte süd-östlich von Daun und im alten Vulkanfeld der Vulkanismus wieder auf. Es eruptierten wieder viele foiditische Vulkane die vorallem Maare aber auch Schlackenkegel bildeten.
Gleichzeitig kam es aber auch zur Eruption von basanitischen Magmen, die viel voluminösere Vulkanbauten(z.B. Wartgesberg, demnächst mehr hier) enstehen liesen, welche zum Teil mehrere Kilometer lange Lavaströme lieferten.
Das Vulkanfeld der Westeifel eruptierte in der jüngsten Zeit also zwei verschiedene Magmentypen, wobei der rezentere Typus viel voluminösere Vulkanbauten liefert. In der Tat entstehen Basanite auch bei höheren Aufschmelzraten im Erdmantel, als die Foiditite, welche zuerst eruptierten.
Doch warum eruptieren zwei verschiedene, primäre Magmentypen gleichzeitig?
Denkbar wäre, dass die Basanite einen Ursprung haben, der einer anderen Mantelregion entspricht.
Ebenfalls wäre aber auch denkbar, dass keine Foiditite sondern nur noch Basanite gebildet werden und diese die "verbliebenen" Foiditite mobilisieren und eruptieren lassen. Dafür spricht auch dass die Foiditite erst seit dem auftreten der Basanite wieder eruptieren und in mehreren Fällen ein foiditischer Vulkan örtlich in der Nähe und zeitlich direkt nach einem basanitischen Vulkan eruptierte, sozusagen triggerte der eine Vulkanausbruch die Eruption des anderen.

Maarvulkanismus am Vogelsberg?

Bei Bergheim nähe Ortenberg(südlicher Vogelsberg) existiert ein Steinbruch der wohl den intrusiven Basaltkörper einer Schlotfüllung abbaut.
(Abgesunkener Block im Steinbruch Bergheim)
Betritt man den Steinbruch, fallen einem sofort neben den vielen Basaltsäulen auch die geschichteten Tuffe auf. Da wir hier aber in einer erodierten Vulkanruine sind, handelt es sich wohl um eine abgesunkene Randscholle.
Der später eingedrungene Basalt zeigt Säulen, welche rechtwinklig zum eingesunkenen Block stehen, dieser diente also wohl als Abkühlungsfläche und war somit -relativ- kalt.

Geht man im Steinbruch zu diesen Tuffen fällt auf, dass feine Tufflagen dominieren in die auch immer wieder Bänke mit Blöcken eingeschalten sind welche keine Einschlagskrater zeigen. Ebenfalls sind die Tuffe reich an Fremdgestein(Sandstein). Diese beiden Beobachtungen lassen auf eine phreatomagmatische Tätigkeit schließen.
(Rote Pfeile zeigen auf besonders Blockreiche Tufflagen)
Ob hier also im Miozän ein Maar bestand lässt sich dennoch nur vermuten, phreatomagmatische Eruptionsphasen sind bei Vulkaneruptionen häufig anzutreffen und besonders in der Initialphase allgegenwärtig, gut möglich also das hier nach der initialen Maareruption noch mächtige Basaltmassen eruptiert wurden, worauf der Steinbruch selbst, welcher einen großen Intrusivkörper abbaut ja schließen lässt.

Das Vulkanmassiv Vogelsberg(Teil 3: Die Endphase)

Während der nur kurzweiligen Hauptphase, wurden dem Erdmantel unter dem Vogelsberggebiet enorme Schmelzmengen enzogen. Diese entziehen dem Erdmantel aber auch Hitze, womit die Aufschmelzraten in diesem Bereich zurückgehen und nun nur noch Schmelzen aus tieferen Mantelregionen kommen. Diese Magmen der Endphase sind basanitischer Zusammensetzung und wurden noch 2 Millionen Jahre nach Ende der Hauptphase gefördert. Die Vulkanite der Endphase ziehen sich wie eine Kappe über die Vulkanite der Hauptphase, haben aber eine geringere Ausdehnung. Man kann sich die Endphase als ein Vulkanfeld vorstellen, welches sich auf dem Vogelsberg gebildet hat, viele hunderte Schlackenkegel/Maare und andere vulkanische Kleinformen haben sich dabei übereinander auf den Schildvulkan gestappelt, immerwieder haben diese Schlackenkegel auch Lavaströme gefördert und sich gegenseitig eingedeckt. Schließlich war der Vulkanismus beendet und die Erosion begann das Vulkangebäude zu erodieren. Dabei schnitten sich radial Täler in den Schildvulkan, im Süden senkte sich der Oberrheingraben weiter und die Lavaströme bei Frankfurt/Offenbach und Hanau wurden unter Sedimenten begraben(links im Bild). Der Main durschneidet diese Lavaströme.
Bei Nidda findet sich ein tertiärer Schlackenkegel, aus der Endphase der Aktivität des Vogelsberges. Um von der Abtragung geschützt zu werden, wurde der Schlackenkegel von späteren Lavaströmen überdeckt(1.) und ist heute wieder teilweise freierodiert(2.) worden(Skizze zeigt Schnitt durch den Kegel und die Lagen der Lavaströme).
Da die Schlacken über 10 Millionen Jahre alt sind, hat die Verwitterung das Material sehr mürbe gemacht.
Die Schlacken sind so weich, dass sie nicht durch Sprengung abgebaut wurden, sondern einfach in großen Blöcken rausgesägt wurden. Im Gebiet des Vogelsberg gibt es wohl hunderte von Schlackenkegel, welche noch unter Lavaströmen begraben sind, der Überrest bei Nidda stellt nur einen dieser vielen Ausbruchspunkte dar.
Im Zentrum des Vulkans sind jüngst trachytische Ignimbritablagerungen von Glutlawinen in geringer Tiefe erbohrt worden, dies lässt darauf schließen, dass es in der Endphase ebenfalls Differentiationen gab, welche explosiven Vulkanismus zur Folge hatten.

Das Vulkanmassiv Vogelsberg(Teil 2: Die Hauptphase)

Durch die rapide Erhöhung der Aufschmelzraten im Erdmantel unter dem Vogelsberg von rund 3-4% in der Vorphase auf über 12% in der Hauptphase(dies lässt sich aus den Magmentypen ableiten), entstanden gewaltige Mengen an basaltischer Schmelze.
Nach der rund eine Million Jahre andauernde Vorphase, wurden während der Hauptphase, welche nur 100.000 Jahren anhielt(nach Altersdatierungen am Bohrkern der Vogelsberg Forschungsbohrung), die Hauptmasse(>80% von 1000km³ ) der Vogelsberglaven eruptiert. Die Laven flossen dabei bis runter in das Gebiet, wo heute die Städte Frankfurt(Main), Offenbach und Hanau stehen(das Bild zeigt die Basaltsteinbrüche bei Offenbach(Mühlheim-Dietesheim) südlich des Mains), dies entspricht, vom Gipfelgebiet des Vogelsberges, einer Strecke von 50(!!)km. Sämtliche Lavaströme dieser Hauptphase haben Tholeiitische oder Alkalibasaltische Zusammensetzung und sind sehr volumnös.Ungeklärt ist, ob in dieser Hauptphase die Laven aus einem Zentralen Krater/Caldera eruptiert wurden, oder ob die Laven mehreren Spalteneruptionen entstammen(welche aber auch aus dem Gipfelgebiet des Vogelsbergs kommen).
Eine Gipfelkrater/caldera wäre denkbar, denn es wurde in kurzer Zeit so viel Material eruptiert, dass es wohl einen bevorzugten Aufstiegsweg gab, der immer heiß war und dann in einem Gipfelkrater bzw Caldera endete.

Das Vulkanmassiv Vogelsberg(Teil 1: Die Vorphase)

Vor etwa 17 Millionen Jahren, zu Zeiten großer tektonischer Umstellungen im Zuge der alpiden Gebirgsbildung, entstanden in Mitteleuropa viele vulkanische Gebiete. Das größte davon ist heute als Vogelsberg bekannt. Die Vulkanite des Vogelsberges bedecken von Friedberg bis Frankfurt(Main), dies entspricht einer Strecke von 80km(Nord-Süd), und einer maximalen Breite von 70km(Ost-West), eine Fläche von über 2500km². Das Volumen wird heute auf rund 1000km³ geschätzt, bei einer Mächtigkeit von bis zu 800m.
Heute erscheint der schon tief erodierte Vogelsberg, mit seinen radial umgebenden Tälern als klassischer Schildvulkan, seine Enstehung war jedoch viel komplexer, als sein unscheinbares Äußeres preisgeben mag.Der Vulkanismus im Gebiet des Vogelsberges setzte wohl schon vor rund 18 Millionen Jahren mit der Bildung kleiner Schlackenkegel in einem Vulkanfeld ein, welches sich in der nördlichen Fortsetzung des Oberrheingrabens, der hessischen Senke, bildetete. Ganz analog zu anderen Vulkanfeldern entstanden auf 30km Durchmesser viele kleine Schlackenkegel und Maare. Diese Vulkanite bilden heute die Basis des Vogelsberges, welche durch andauernde Grabenabsenkung nun unterhalb von NN(Normal Null) liegen könnte. Subsequent steigen die Förderraten, welche auf steigende Aufschmelzraten im Erdmantel zurückzuführen sind und es kommt zu der Bildung eines ~15km ausgedehnten Vulkankomplexes, der einem Stratovulkan ähneln könnte. Dieser Vulkankomplex besteht aus Basaniten, sowie deren Differenziaten bis hin zum Trachyt.

Vulkanite dieser beiden ersten Phasen sind fast nur aus Bohrkernen erhältlich, da sie großräumig von den Basalten der Hauptphase überdeckt wurden. An wenigen stellen hat die Erosion Trachyte freigelegt, welche dem Vulkankomplex der Vorphase angehören.

Schwarmbeben

Im Moment bebt gerade die Erde im Egerbecken, tausende Erdbeben bis zur Stärke 4 gibt es dabei seit Anfang Oktober. Die Erdbeben finden in einer Tiefe von rund 10km statt.
Den letzten Erdbebenschwarm gab es dort im Jahr 2000, wo rund 5000 Erdbeben kurzzeitig hintereinander auftraten.

Schwarmbeben enstehen durch magmatische Tätigkeit, eine aktive Magmakammer in rund 30km tiefe schickt dabei Gase und wässrige Lösungen in die Kruste über sich. Die Fluide benutzen beim Aufstieg Spaltensysteme, welche dabei laufend aufgebrochen werden. Die Erschütterungen, die dabei enstehen, sind Erdbeben welche bei heftiger Tätigkeit wie im Moment sehr kurzzeitig hintereinander auftreten und dieser Vorgang wird "Schwarmbeben" genannt.

Allen anschein nach(ich berichtete bereits letztes Jahr) , steigt im Moment unter dem Egerbecken Magma Richtung Erdoberfläche, ob dieses jemals selbige erreichen wird bleibt ungewiss, die meisten Magmen erreichen nie die Erdoberfläche, bleiben stecken und erstarren als Plutonit(Tiefengestein).

Erdbebenmonitor des Egerbeckens gibt es hier
und hier die Seismogramme dazu.

"Hoch hinaus" Die Hebung des Rheinischen Schiefergebirge

Jeder kennt es, das canyonartige Tal des Rheines im Rheinischen Schiefergebirge. Von Bingen bis Bonn, vorbei an berühmten Objekten, wie dem Binger Loch oder der Loreley, sägt sich der Rhein durch das Gebirge. Doch wieso tut er das? Folgt man den Rhein, durch die breite Ebene des Oberrheingrabens stromabwärts, nach Norden, so taucht vor einem der Taunus wie ein breiter, undurchdringlicher Wall auf, folglich biegt der Rheinstrom bei Mainz nach links Richtung Westen ab und fließt bis Bingen in einem kleinen Teilgraben. Doch dort durchbricht er auf einmal das Gebirge und teilt dieses in den Hunsrück(Westen) und Taunus(Osten).(Bild1: Rheindurchbruch am Binger Loch)

Wie geht das denn? Fließt der Fluss vor dem Durchbruch etwa bergaufwärts um sich durchzugraben oder staut sich dahinter zu einem See bis das Gebirge nachgibt?
Natürlich nicht. Der Rheinstrom muss älter als dass Gebirge sein, durch das er fließt. Tatsächlich floss der Rhein noch vor einer Million Jahre durch ein recht flaches Hügelland welches sich an der Stelle des heutigen Rheinischen Schiefergebirge befand.
Vor etwa 800.000 Jahren begann dann ein rapider Aufstieg des Rheinischen Schiefergebirge welcher noch heute anhällt, in dieser Zeit hob sich das Gebirge um bis zu 300m, was einer durchschnittlichen Aufstiegsgeschwindigkeit von etwa 0,3-0,4mm pro Jahr entspricht, gemessen werden heute jedoch bis zu 2mm pro Jahr!.
Sobald also das Gebirge unter dem Fluss aufsteigt, erhöht sich auch das Gefälle und damit die Erosionsrate, der Rhein sägt sich praktisch in das Gebirge während es um ihn herum aufsteigt. Während der Fluss noch bei Mainz-Bingen eine stattliche Breite von 500m hat, schrumpft diese im Gebirge auf bis zu 170m herab, gleichzeitig steigt aber die Strömungsgeschwindigkeit und die Tiefe. Einzelne Sporne härterem Gesteins, welche im Flussbett aufragen, gefährden noch bis heute die Schifffahrt.
Der domale Aufstieg des Rheinischen Schiefergebirges wirkt auch bis weit in die angrenzenden Strukturen über. Auch der nördliche Teil des Oberrheingrabens, südlich des Rheinischen Schiefergebirges, steigt gezwungenermaßen mit auf, weil seine komplette Basis mit angehoben wird. Durch dieses schräge angreifen bewegen sich einzelne Schollen wie zB die des Mainzer Beckens nach Süden. Durch diese Bewegung öffnet sich zur Zeit der kleine Graben, in dem der Rhein von Mainz bis Bingen nach Westen fließt. Bei Bingen durchbricht die Nahe kurz vor der Einmündung in den Rhein ebenfalls einen Bergrücken, welcher sich, als Folge des Aufsteigens, unter dem Fluss herausgehoben hat. (Bild2: Blick von Nahemündung auf den durchbrochenen Bergrücken)Die Skizze stellt nochmal einen Nord(links)-Süd Querschnitt durch die Situation in Bingen dar. Der Rhein fließt an der nördlichen Grabenseite des kleinen Mainz-Bingen Grabens aus der Bildebene heraus. Durch die Hebung des Rheinischen Schiefergebirges(links) wird die Scholle(rechts) nach Süden geschoben, dadurch öffnet sich ein kleiner Graben.

Der rapide Aufstieg des Gebirges verläuft weitgehend aseismisch, die Ursache dafür ist die Erhitzung der Lithosphäre durch die Anomalie(Mantle-Plume oder nicht, das steht hier erstmal nicht zur Diskussion) welche den Aufstieg antreibt, diese wird dadurch plastischer, große Spannungen bauen sich erst gar nicht auf und tektonische Erdbeben sind ab einer Tiefe unterhalb 10-15km abwesend.
Im Rheintal selbst sieht man die ganze Pracht, welcher der Strom durch seine Erosionsleistung am Gebirge geschaffen hat. (Bild3 zeigt einen Blick in das Rheintal bei Niederheimbach, man sieht oben auf dem Bergkamm das alte, flach geneigte Tal, welches der Rhein noch vor 800.000 Jahren besaß, bevor der rapide Aufstieg begann, welcher heute noch anhällt.)

Die domale Hebung wird auch in Zukunft das Rheintal immer imposanter werden lassen, sie wirkt in einem breiten Radius(~150-200km) weit in Mitteleuropa, sinkt aber an den Störungen die das Rheinische Schiefergebirge umgeben rasch ab, um dann langsam nach außen auf null abzuflachen.

Wie der mitteleuropäische Vulkanismus...

...auch ganz ohne das Einwirken von Mantle Plumes erklärt werden kann, fasst dieser Artikel hübsch zusammen: http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/LuxembourgerWortArticle.pdf

Mantleplumes in Europa? Nein, danke!

Ein rezenter Artikel schreibt eine Möglichkeit wie der mitteleuropäische Vulkanismus ganz ohne Mantle Plumes erklärt werden kann.
-> http://www.mantleplumes.org/Europe.html
Der Artikel ist ganz interessant zu lesen, auch wenn einige ungereimtheiten noch bleiben, zB wird eine Anomalie welche sich im unteren Erdmantel unter Mitteleuropa befindet garnicht erst angesprochen.

Erdbeben im Neuwieder Becken...

Heute morgen um ca. 5:00 ereignete sich bei Plaidt, 8km vom Laacher See entfernt, ein Erdbeben der Stärke 3.7-4.0(je nach Quelle). Der Bebenherd lag in nur 3km Tiefe, ein recht flaches Erdbeben also. Das Erdbeben fand auf der äußerst aktiven Ochtendunger Störungszone statt, welche eine Randverwerfung des Neuwieder Beckens, einem tektonischen Graben, bildet.