Geoökologischer Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens (NW-Washington U.S.) nach dem Ausbruch von 1980

Inhaltsverzeichnis I

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INHALTSVERZEICHNIS  I  I

  ABBILDUNGS- und TABELLENVERZEICHNIS  II

1.  Einleitung  1

2.  Ausbruch des Mt. St. Helens 1980  2

2.1.  Vorgeschichte des Mt. St. Helens  2

2.2.  Vorboten des Ausbruchs  3

2.3  . 18. Mai 1980  4

3.  Geoökologischer Wandel direkt nach dem Ausbruch des Mount St. Helens  9

3.1.  Auswirkungen der Eruption auf die Gletscher  9

3.2.  Auswirkungen der Murgänge  10

3.3.  Auswirkungen der pyroklastischen Ströme  10

3.4.  Auswirkungen des Bergrutsches  10

3.5.  Direkte Auswirkungen der lateralen Explosion  12

3.6.  Direkte Auswirkungen des Ascheausstoßes  12

3.7.  Direkte Auswirkungen des Ausbruches auf ausgewählte umliegende Seen  13

3.7.1.  Spirit Lake  14

3.7.2.  St. Helens Lake  14

3.7.3.  Fawn Lake und Venus Lake  15

3.7.4  Zusammenfassung  15

3.8.  Direkte Auswirkungen auf den Menschen  17

4.  Sukzession und geoökologischer Wandel im Umfeld des Mount St. Helens nach 1980  18

4.1.  Pflanzen  18

4.1.1.  Wiederbesiedlung der inneren Zone (direct-blast zone)  18

4.1.2.  Wiederbesiedlung in der Äußeren Zone  19

4.1.3  Wiederbesiedlung der Fläche des Bergrutsches  20

4.1.4.  Exkurs: Die Wiederbesiedlung von mit Tephra bedeckten Flächen  21

4.1.5.  Wie sieht die zukünftige Vegetationsentwicklung aus?  22

4.2.  Tiere  22

4.3.  Spirit Lake  23

4.4.  Shoestring-Gletscher  24

5.  Schlussbetrachtung  25

6.  Literaturverzeichnis  26

  Abbildungs Tabellenverzeichnis  II

  Abbildungsverzeichnis  

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  Abb. 1 : Schematische Karte der verschiedenen Zerstörungszonen und generalisierte  

  Richtung der „Stromlinien“  5

  Abb. 2 : Baumfallrichtung innerhalb der Zerstörungszonen.  6

  Abb. 3 : Verteilung der Asche über der USA.  7

  Abb. 4 : Gletscher am Mount St. Helens vor und nach dem 18. Mai 1980 .  11

  Abb. 5 : Vom Ausbruch des Mount St. Helens betroffene Seen.  13

  Abb. 6 : Die Entwicklung des Shoestring-Gletschers.  24

  Tabellenverzeichnis  

Tabelle 1  : Einige gemessene Zustandsgrößen im Verhältnis von vor dem 18. Mai und  

  nach dem 18. Mai.  16

Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens nach 1980 1

1. Einleitung

Der Mount St. Helens im Südwesten des Staates Washington liegt zirka 80 Kilometer nordöstlich von Portland und ist mit seinen knapp 40.000 Jahren einer der jüngsten und aktivsten Vulkane in der Cascade Range, dem Kaskadengebirge, welches sich von Kanada 1.100 Kilometer südwärts bis nach Kalifornien erstreckt. Die Cascade Range ist ein Teil des sogenannten „Feuerringes“ ¹ , in dem seit Ende des Pleistozäns vor rund 10.000 Jahren durchschnittlich in jedem Jahrhundert eine größere vulkanische Eruption erfolgte. Geologisch gesehen ist die Cascade Range eine sehr junge Gebirgsformation, die vor etwa 7 Millionen Jahren über jener Subduktionszone entstanden ist, wo sich die Juan-de-Fuca-Platte unaufhaltsam unter die höhergelegene Nordamerikanische Platte schiebt. Diese Plattenbewegung schob Berge auf und hat große Magmakammern unter der Erde geschaffen. Vor etwa 3 Millionen Jahren begann Magma durch Kanäle an die Oberfläche zu steigen und die heutige Cascade Range mit insgesamt 15 Vulkanen zu bilden (MULLINEAUX & CRANDELL 1981, PREUSSER 1985, TILLING et al. 1990, SCHMINCKE 1994). Die Gefahr, welche von den Vulkanen der Cascade Range ausgehen konnte, war schon den Ureinwohnern weitgehend bekannt; die dort ansässigen Indianer nannten beispielsweise den Mt. St. Helens „smoking mountain“. Seinen heutigen Namen erhielt der Vulkan jedoch 1792 von dem englischen Schiffskapitän und Entdecker George Vancouver, der ihn nach seinem Landsmann Alleyne Fitzherbert benannte, welcher zu dieser Zeit britischer Botschafter in Spanien war und den Titel Baron St. Helens trug (TILLING et al. 1990).

Die symmetrische Form des Vulkans sowie der sehr steile Gipfel erlauben eine Einordnung des Mt. St. Helens in die Klasse der Strato- oder Schichtvulkane, welche durch eine Mischung aus Eruptions- und Ergussvorgängen entstehen und explosiv und sehr zerstörerisch ausbrechen (TILLING et al. 1990, LESER 1997).

In dieser Arbeit soll nun zunächst geschildert werden, wie es zum Ausbruch des Mt. St. Helens im Frühjahr 1980 kam, welche Auswirkungen die heftige Eruption auf die Umgebung hatte und schließlich wie sich in den darauffolgenden Jahrzehnten die Umgebung erholte bzw. veränderte, die Vegetation in den zerstörten Gebieten schrittweise zurückkehrte und letztlich in dem heutigen Zustand führte.

¹ Der „Ring of Fire“ ist eine den Pazifik umgebende Zone, in der es zu häufigen, oft sehr zerstörerischen Erdbeben und Vulkanaktivitäten kommt (TILLING et al. 1990).

Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens nach 1980 2

2. Ausbruch des Mt. St. Helens 1980

2.1. Vorgeschichte des Mt. St. Helens

Von der Entstehung des Vulkans vor 40,000 Jahren bis zum Jahre 1980 wurden insgesamt neun Hauptperioden der Vulkanaktivität festgestellt und sind heute weitgehend gesichert. So war der Mt. St. Helens innerhalb jeder dieser Zeiträume von zirka 5,000 Jahre bis weniger als 100 Jahre aktiv und diese Aktivitäten wurden jeweils unterbrochen von Ruhephasen, welche zwischen 15.000 bis unter 200 Jahre dauerten. In den zurückliegenden 4.000 Jahren war der Mt. St Helens mit weit größerer Regelmäßigkeit ausgebrochen als jeder andere Vulkan des nordamerikanischen Kontinents (ausgenommen Alaska) (MULLINEAUX & CRANDELL 1981, TILLING et al. 1990, MULLINEAUX 1996).

Die letzte größere Aktivität des Vulkans begann im Jahre 1831 und zog sich über 26 Jahre bis 1857 hin. Dieser Phase ging schon um 1800 ein explosiver Ausbruch voran, bei dem der Mt. St. Helens sogar schon etwas Lava spie. Nach dieser Aktivitätsphase kam es zu einer Ruhephase von 123 Jahren, welche nur von kleineren Gasexplosionen in den Jahren 1898, 1903 und 1921 unterbrochen wurde. In der Öffentlichkeit verbreitete sich schnell die Ansicht, dass der Vulkan weitgehend erloschen sei, was dazu führte, dass die einzigartige Umgebung des Mt. St. Helens bald zu einem Erholungsgebiet wurde. Der Spirit Lake, der vor zirka 3.500 Jahren von einer großen Schlammflut geschaffen wurde und seit dieser Zeit als natürlicher Stausee am Nordhang des Mt. St. Helens besteht, wurde aufgrund seines klaren, frischen Wassers und der bewaldeten Hänge für Freizeitaktivitäten wie Angeln, Schwimmen, Camping, Bootfahren usw. erschlossen (MULLINEAUX & CRANDELL 1981, PREUSSER 1985, TILLING et al. 1990).

Die genaue wissenschaftliche Erforschung des Mt. St. Helens begann erst in den späten 50er Jahren des 20. Jahrhunderts. Hervorzuheben sind dabei besonders die Arbeiten der Geologen Crandell, Mullineaux und Rubin, die durch ihre systematischen, mehrere Jahre andauernden Studien zum Verhalten des Mt. St. Helens in den 70er Jahren zu dem Ergebnis kamen, dass die Öffentlichkeit auf künftige Eruptionen nur unzureichend vorbereitet ist, zumal ein Ausbruch höchstwahrscheinlich „...before the end of the century“ (CRANDELL et al. 1975, S. 441) erfolgen würde.

2.2. Vorboten des Ausbruchs

Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens nach 1980 3

Nach 123 Jahren erwachte der Vulkan am 16. März 1980 mit einer Serie von kleinen Erdbeben aus seiner vermeintlichen Ruhephase (BRANTLEY & MYERS 2000). Schon vier Tage später, am 20. März 1980 um 15.47 Uhr erschütterte ein Erdbeben der Stärke 4,2 das Gebiet um den Mt. St. Helens und ließ bei den Fachleuten den Schluss zu, dass es sich um den Beginn vulkanischer Aktivitäten handeln könne, da der Erdbebenherd in geringer Tiefe unter der Nordflanke des Vulkans lag. In den folgenden Tagen nahm die seismische Aktivität dramatisch zu und die Beben kamen in immer rascherer Folge. Zwischen dem 25. und 27. März konnten 174 Beben mit einer Stärke von mindestens 2,6 festgestellt werden (CHRISTIANSEN & PETERSON 1981, TILLING et al. 1990).

Am 27. März öffnete eine phreatische (Wasserdampf-) Explosion unmittelbar nördlich des Gipfels in der Eiskappe einen neuen Krater, aus dem Asche und Dampf viele tausend Meter in die Luft schossen. Während der nächsten sechs Wochen stieß der Mt. St. Helens in Abständen Aschesäulen hervor, die aus pulverisiertem Gestein der Gipfelkuppe des Vulkans bestanden. Dieser Krater wuchs am 6. April mit einem zweiten Krater, welcher sich am 29. März gebildet hatte, zusammen und wies einen maximalen Durchmesser von 500 Metern auf (CHRISTIANSEN & PETERSON 1981, BRANTLEY & MYERS 2000).

Da zähflüssiges Magma in den Kegel gestiegen war, hatte sich die Fläche darüber verformt und führte zum Anschwellen der Nordflanke des Mt. St. Helens. Diese Aufwölbung wurde bereits am 27. März festgestellt und erhöhte bis Mitte Mai Teile des Nordhanges um mehr als 135 Meter. Die dramatische Deformation des Vulkans, sowie die erste Serie harmonischer, monochromatischer Beben zwischen dem 31. März und dem 12. April waren der stärkste Beweis dafür, dass nun endgültig Magma in den Mt. St. Helens eingetreten war (Kryptodom). Bis Mitte Mai konnten insgesamt um die 10.000 Erdbeben direkt unterhalb der Aufwölbung festgestellt werden. Weiterhin bildete sich ein rund 1,5 Kilometer langer Graben, welcher sich zwischen der Aufwölbung und dem Gipfel befand und ebenfalls zur völligen Veränderung des Berges und seiner Umgebung beitrug (CHRISTIANSEN & PETERSON 1981, BRANTLEY & MYERS 2000).

Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens nach 1980 4

2.3. 18. Mai 1980

Am Sonntag, den 18. Mai 1980, um 8.32 Uhr löste ein Erdbeben der Stärke 5,1 auf der Richterskala, dessen Herd ca. 1 ½ Kilometer unter dem Nordhang des Mount St. Helens lag, einen der größten Erdrutsche in der bisher verzeichneten Geschichte aus. Das Volumen dieses Bergrutsches betrug 2,3 x 10 ⁹ m ³ und bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 km/h in nördlicher Richtung hangabwärts. Ein kleiner Teil der Erdrutschmasse glitt in und über den Spirit Lake, presste dessen Wasser bis zu 260 m hoch am gegenüberliegenden Ufer empor und überwand einen westlich des Sees liegenden Rücken. Der Boden des Spirit Lake erhöhte sich durch diesen Bergrutsch um 90 m und sein Wasserspiegel um 60 m. Die Hauptmasse des Erdrutsches wandte sich jedoch westwärts, dem Tal des North Fork Toutle River folgend und „floss“ in Verbindung mit Schmelzwasser (Gletscher und Schneeflächen) mehr als 25 km flussabwärts und Mure füllte das Tal mit einer Schicht von bis zu 200 m auf. Die Ablagerungen des gigantischen Bergrutsches bedeckten insgesamt eine Fläche von ca. 60 km ² und die in ihnen nach drei Tagen durchgeführten Messungen zeigten Temperaturen von 70-100 °C (BANKS & HOBLITT 1981, VOIGHT et al. 1981).

Das plötzliche Wegbrechen der Nordseite des Mt. St. Helens führte zu einer Druckentlastung im Bereich des Kryptodomes und des ihn umgebendenden hydrothermalen Systems. Dadurch kam es zu einer lateralen pyroklastischen Explosion (Glutlawine) im Bereich der Abrissfläche des Erdrutsches sowie oberhalb davon zu einer vertikalen plinianischen Eruption. Diese Glutlawine, eine Mischung von glühendem Gas, zerfetztem Magma und aus dem Berg gerissenen Gesteinsfragmenten, bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1000 km/h abwärts und verwüstete in einem fächerförmigen Bogen eine Fläche von ca. 600 km ² nördlich des Vulkans. Die Lawine überwand dabei mühelos 460 m hohe Hügelketten, die Reichweite betrug am Boden bis zu 28 km und unzählige Tiere sowie 57 Menschen kamen dabei ums Leben (CHRISTIANSEN & PETERSON 1981, TILLING et al. 1990).

Die von der lateralen Explosion angerichteten Verwüstungen erlaubten laut KIEFFER (1981, S. 379) eine Untergliederung des Gebietes zum einen in eine „...direct blast zone“ (innere Zone) und zum anderen in eine „...channelized blast zone“ (äußere Zone) (vgl. Abbildung 1 auf Seite 5). Die innere Zone der Zerstörung war dabei durch die nahezu radiale und kaum abgelenkte Ausbreitung der Glutlawine

Wandel und Sukzession im Umfeld des Mt. St. Helens nach 1980 5

bis zu einer Reichweite von 12 km sowie durch die völlige Beseitigung sämtlicher Bäume gekennzeichnet. Der an die innere Zone anschließende Bereich der äußeren Zone, welcher bis zu 28 km ins Umfeld des Vulkanes reichte, war gekennzeichnet durch umgeworfene oder abgebrochene Bäume, weshalb TILLING et al. (1990, S. 8) diese Zone auch als „...tree-down zone“ bezeichnet. Innerhalb der „channelized blast zone“ folgte die Lawine dabei den lokalen topographischen Gegebenheiten, was auch anhand der in verschiedene Richtungen liegenden Bäume (vgl. Abbildung 2 auf Seite 6) zu erkennen ist. Auf die eben genannten beiden Zonen folgte eine nach CHRISTIANSEN & PETERSON (1981, S. 22) zwar nicht genauer bezeichnete, aber von TILLING (1990, S. 8) „Seared zone, also called the ‘standing dead’ zone...“ (Hervorhebung im Original) genannte Zone, in welcher die Bäume zwar stehenblieben, aber aufgrund der enormen Hitzeeinwirkung (bis 250 °C) und der Toxizität (Schwefeldioxid/Schwefelsäure) der Gase abstarben (BANKS & HOBLITT 1981, WINNER & CASADEVALL 1981, TILLING et al. 1990).

Abb. 1: Schematische Karte der verschiedenen Zerstörungszonen und generalisierte Richtung der „Stromlinien“. (Quelle: KIEFFER 1981, S. 381)