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Vulkanologie: Existenz von Mantel-Plumes bestätigt?

Geowissenschaftler um Bernard Bourdon der Eidgenössischen Technische Hochschule Zürich haben Hinweise gefunden, welche die Existenz so genannter Mantel Plumes bestätigen. Damit festigen sie die gängige Hotspot-Theorie, die in letzter Zeit häufiger kritisiert wurde.

Bislang lieferte die Plattentektonik keine plausible Erklärung für die Entstehung von Hotspot-Vulkanen, die zum Teil mehrere tausend Kilometer von Plattenrändern entfernt mitten im Ozean liegen. Zu diesen Vulkanen gehören etwa Hawaii, die Galapagosinseln, die Azoren oder Island. Laut der gängigen Theorie befinden sich diese Vulkane über Hotspots im Erdinnern, an denen heißes Material – die Mantel-Plumes – im Erdmantel aufsteigt. Dieses kann dann als konzentrierter säulenartiger Magmastrom bis an die Erdoberfläche dringen und dort isolierte Vulkaninseln bilden. Bernard Bourdon und seine Kollegen haben nun neue Hinweise gefunden, welche die Existenz dieser Mantel-Plumes bestätigen und damit die Standardtheorie stützen. Sie analysierten in Basaltgesteinen von acht verschiedenen Inselgruppen Anteile und Verhältnisse von verschiedenen Elementen wie Uran, Thorium und Protactinium und deren Isotopen.

Wenn Mantelgestein schmilzt, wird das Verhältnis der Uran-Isotope zu ihren Zerfallsprodukten massiv gestört. Nach der Abkühlung kehrt das System wieder in einen gleichmäßigen, voraussagbaren Zustand zurück. Anhand der Änderung der Verhältnisse konnten die Forscher berechnen, wie rasch und vollständig das Material beim Aufstieg geschmolzen ist und welcher Temperaturunterschied zwischen dem umgebenden Mantel und den aufsteigenden Plumes bestand: Diese Differenz bestimmt die Geschwindigkeit und Größe des Auftriebs. Die Forscher schätzen die Temperaturunterschiede auf 50 bis 200 Grad Celsius. Bei aktiven Vulkanen wie Hawaii und Galapagos sind die Temperaturunterschiede größer, bei weniger aktiven Plumes wie Island und den Azoren geringer. Für symmetrische Plumes konnten Bourdon und seine Kollegen auch den Durchmesser der Mantel-Plumes abschätzen – diese Schätzungen stimmen mit seismischen Messungen gut überein. So erreicht der Plume unter Hawaii eine Ausdehnung von mindestens 240 Kilometern, derjenige unter Island mindestens 250 Kilometer.

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