Vulkanismus: Yellowstone-Supervulkan ist größer als bisher bekannt

Auch wenn man es nicht auf den ersten Blick erkennt: Der Yellowstone gehört zu den größten Vulkanen der Erde – er ist ein so genannter Supervulkan. Dementsprechend besitzt er eine Magmakammer, die unter dem gleichnamigen Yellowstone-Nationalpark liegt. Der Mantelplume aus geschmolzenem Gestein, der diese Magmablase speist, ist wiederum in eine dicke Hülle aus heißen Fluiden eingehüllt, durch die sich ihr Durchmesser vervielfacht.

Entdeckt haben die Struktur, die einen Durchmesser von über 600 Kilometern hat, Forscher um Michael Zhdanov von der University of Utah in Salt Lake City. Die Geophysiker maßen die Leitfähigkeit des Gesteins bis in etwa 300 Kilometer Tiefe. Dabei stellten sie fest, dass die heißen Lösungen um das aufsteigende Magma Strom etwa so gut leiten wie Meerwasser.

Elektrische Leitfähigkeit unter Yellowstone | Diese schematische Darstellung zeigt den Bereich erhöhter elektrischer Leitfähigkeit unter dem Yellowstone-Nationalpark. Die Zone fällt mit einer Neigung von 40 Grad nach Westen ein und verliert sich auf diesem Bild in 300 Kilometer Tiefe, der Reichweite der Messmethode.

Dass der Supervulkan bis heute aktiv ist und momentan nur ruht, zeigt sich in den heißen Quellen und Geysiren in der riesigen Caldera, die bis zu 80 Kilometer Durchmesser erreicht. In den letzten zwei Millionen Jahren gab es dort drei große Ausbrüche, die große Teile Nordamerikas mit Asche bedeckten: Der letzte fand vor 640 000 Jahren statt.

Zhdanov und Kollegen verwendeten extrem niederfrequente elektromagnetische Strahlung, um den unterirdischen Fluidkörper zu vermessen. Anders als Radiowellen dringen Wellen mit Frequenzen zwischen 0,0001 und 0,0664 Hertz über 300 Kilometer tief in die Erde. Sie wechselwirken mit leitfähigem Material und erzeugen elektrische und magnetische Felder, die von 115 Sensoren an der Oberfläche rund um den Nationalpark aufgefangen wurden. Aus den Daten rekonstruierten die Forscher mit Hilfe eines Supercomputers die Leitfähigkeit im Untergrund.

Der Mantelplume und sein Begleiter | Der Yellowstone-Mantelplume (rechts) und sein elektrisch leitfähiger Begleiter (links) ähneln sich in Orientierung und Geometrie so sehr, dass die Forscher sicher sind, dass sie eine gemeinsame Struktur bilden.

Die Zone erhöhter Leitfähigkeit ist schwächer geneigt als der mit klassischen seismischen Methoden abgebildete Mantelplume selbst, hat aber ungefähr die gleiche Form und Lage. Daraus schließen die Forscher, dass der Bereich der Fluide das geschmolzenen Gestein wie ein Strumpf umgibt. Zweifelsfrei nachgewiesen ist das jedoch noch nicht, denn die geoelektrischen Messungen sind dafür zu schwach – der Plume lässt sich bis in 700 Kilometer Tiefe verfolgen, die Leitfähigkeitsanomalie nur bis 300 Kilometer. (lf)