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Tektonik: Begegnung der vierten Art

Vom Ätna bis zum Vesuv, vom Mauna Loa bis zum Merapi: Feuerberge faszinieren die Menschheit seit Anbeginn der Zeiten. Doch selbst heute noch deckt die Wissenschaft überraschende Neuigkeiten zu Vulkanen auf.
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Wo rohe Kräfte auf Erden walten, ist Vulkanismus oft nicht weit: Gleich, ob Erdplatten auseinander gehen oder sich vereinen, ein deutlich sichtbares Zeichen ihrer Aktivität sind Glut speiende Berge rund um den Globus. Island beispielsweise ist das feurige Ergebnis aufsteigender Magmen entlang des Mittelatlantischen Rückens, der Neue und Alte Welt seit den Teilungen Pangäas und Gondwanas weiter auseinander drückt. Rund um den Pazifik, im berühmt-berüchtigten Feuerbogen, steigt heiße Gesteinsschmelze auf, deren Genesis im Zusammenstoß zweier Platten liegt. Ihre Vulkane sind junge Relikte unter Druck und Hitze geratener ozeanischer Kruste, die sich bei der Kollision den dominanten Kontinentalplatten quasi unterwerfen musste und unter ihnen Richtung Erdinneres abtauchte.

Die meisten Feuerberge der Erde gründen auf diesen beiden Prozessen. Doch daneben gibt es noch Ausnahmen von dieser Regel – etwa die hawaiianischen Mauna Loa und Mauna Kea oder der Teide auf Teneriffa –, die scheinbar aus dem Nichts auftauchen, einen Berg aufschütten und nach geologisch geraumer Zeit auch wieder rasch verschwinden, weil sie von ihrer unterirdischen Quelle abgeschnitten wurden: dem so genannten Hotspot. Diese heißen Flecken sind relativ kleine ortsfeste Gebiete mit vulkanischer Aktivität oder zumindest starkem Wärmefluss an die Erdoberfläche, die fernab von Plattenrändern sowohl im Inneren von ozeanischen wie kontinentalen Platten vorkommen können. Durch den Aufstieg von Plumes genannten heißen Gesteinsströmen aus tieferen Schichten in den obersten Erdmantel dünnt die Erdkruste aus und entstehen Magmenkammern, die anschließend die Vulkane aufbauen und speisen.

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Lavastrom | Im nordwestlichen Pazifik in der Nähe des Kurilen- und Japangrabens stieß ein Tauchroboter zur Überraschung des Forscher auf Lavaströme. Sie sind Zeichen einer neuen Variante von Vulkanismus.
Soweit die bislang gängigen Erklärungen zum Vulkanismus. Nun entdeckten aber Wissenschaftler um Naoto Hirano von der Universität von Kalifornien in San Diego möglicherweise noch einen vierten Mechanismus für die Bildung von Vulkanen, der sich von allen anderen deutlich unterscheiden könnte. Ein Zufallsergebnis: Bei seinen Erkundungen des Tiefseebodens im nordwestlichen Pazifik in der Nähe des Kurilen- und Japangrabens stieß der Tauchroboter der Forscher auf basaltische Gesteine, die vulkanischen Ursprungs waren und vor etwa sechs Millionen Jahren entstanden sein mussten. Allerdings beträgt das Alter der ozeanischen Plattenkruste in diesem Bereich bereits 120 bis 150 Millionen Jahre. Zudem existiert dort kein bekannter Hotspot, und auch kürzliche vulkanische Aktivität wurde bislang nicht vermerkt.

Bei weiteren Nachforschungen rund 600 Kilometer weiter südöstlich holte der Tauchroboter ebenfalls neue Vulkangesteine an die Meeresoberfläche, die mit einem Alter von einer knappen Million Jahre wesentlich jünger waren als die ersten Proben. Echolotaufnahmen des Tiefseebodens zeigten schließlich eine Kette winzig kleiner Vulkankegel mit weniger als einem Kilometer Durchmesser und maximal einem Kubikkilometer Volumen – Dimensionen, die ihnen den Namen "Petit Spots" einbrachten.

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Probenahme mit Tauchroboter | In weiteren Tauchgängen holten die Wissenschaftler Proben des Lavagesteins an die Oberfläche.
Wie entstehen nun aber diese Zwergvulkane in Regionen fernab aktiver Plattenränder und ohne Hotspots, die zu größeren Erhebungen geführt hätten? Die räumliche Abfolge der Feuerhügel bei geringer Größe und vor allem ihre Gesteine deuten auf eine einzige Eruption hin, bei der das gesamte Material aufgeschüttet wurde. So bestehen die Petit Spots bis zu sechzig Prozent aus ehemals sehr blasenreicher Kissenlava, aus wassergekühlten Lavabomben und Meeressedimenten, die beim Kontakt mit den Gluten sofort umgewandelt und verbacken wurden. Ihre kristallinen Inhalte und Fremdgesteinseinschlüsse – so genannte Xenolithe – wie Basalt, Dolerit oder Gabbro geben dabei wertvolle Hinweise auf die Herkunft der Magma und den Ablauf der Berggeburt.

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Reiche Ausbeute | Auch mit Netzen holten die Forscher Proben an Bord.
So muss die Eruption rasend schnell abgelaufen sein, ansonsten hätte die Hitze die Xenolithe vollständig aufgeschmolzen und umgewandelt. Auch stammt die Magma aus dem obersten Erdmantel, von wo sie aus auf ihrem rasanten Weg nach oben Material aus allen darüber liegenden Schichten der Erdkruste mit sich riss und sie in ihrem Kern einschloss. Diese in etwa hundert Kilometern Tiefe angezapfte Quelle bestätigen außerdem die typischen Isotopenverhältnisse der im Gestein eingeschlossenen Edelgase wie Argon oder Helium – sie entsprechen jenen von Magma aus Mittelozeanischen Rücken, die ebenfalls aus der Asthenosphäre gespeist werden. Diese weiche Zone des oberen Erdmantels ist im Bereich der Petit Spots chemisch verarmt, was letztlich gegen Plumes als Ursache des Vulkanismus spricht, denn sie liefern frisches und damit "reiches" Material.

Da aber Plumes nicht die Ursache sind, spielten sehr wahrscheinlich Risse in der ozeanischen Kruste den Geburtshelfer: Beim Abtauchen der Platte unter eine andere entstehen mächtige Kräfte, die durch Biegen oder Dehnen Spalten aufreißen lassen. In diesen aufgeplatzten Rissen kann die ebenfalls unter Druck stehende Magma wie in einem Kanal oder Kaminschlot aufsteigen, bis sie am Meeresboden ausfließt und letztlich den Vulkan aufbaut.

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Probe | Die basaltischen Gesteine sind definitiv deutlich jünger als ihre Umgebung. Sie entstammen offenbar winzigen Vulkankegeln – Petit Spots –, die weniger als einen Kilometer Durchmesser haben.
Sie bleiben allerdings klein, weil aus der Asthenosphäre zu wenig Nachschub kommt. Dort liegen die Temperaturen erst bei maximal 1400 Grad Celsius, was mehr als hundert Grad zu niedrig ist, um Gesteine ausreichend zu verflüssigen. Durch die Risse können jedoch auch Wasser und Kohlendioxid in die Tiefe gelangen – sie setzen den Schmelzpunkt des Mantelmaterials zumindest punktuell herab. Ihr Einfluss bleibt aber beschränkt, was sich im Volumen der Petit Spots widerspiegelt.

Trotz ihrer geringen Größe könnten die Funde von Hirano und seinem Team dennoch die bisher gängige Theorie der deutlich größeren Hotspot-Vulkane erschüttern. Inmitten der Platten gelten sie als sichtbarer Ausdruck der Plumes, doch vielleicht sind sie eher Ergebnis zerrissener Tiefseeböden – charakteristische Lavagesteine rund um Hawaii oder im westlichen Samoa deuten jedenfalls darauf hin. Warum diese Feuerberge dann allerdings so groß wurden, bleibt noch vollkommen ungeklärt: Stoff für weitere faszinierende Erkenntnisse ist also ausreichend vorhanden.
28.07.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 28.07.2006

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