Hawaii auf dünnem Boden – Neue Erkenntnisse zum Durchschmelzen der Lithosphäre

Halbierung der Lithosphäre durch Aufschmelzen

Vulkane des Hawaii-Typs entstehen durch heißes Gestein, das im Erdmantel in einem engen Schlot (Plume) aufsteigt. Wenn ein solcher heißer Plume sich durch die kältere und relativ starre Lithosphäre fräst, kann dabei deren Mächtigkeit auf die Hälfte reduziert werden. Das ist das Ergebnis einer Studie, die Wissenschaftler des Potsdamer GeoForschungsZentrums (GFZ) in der neuen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“ vom 26. Februar 2004 (Vol. 727, Nr. 6977, S. 827-829) vorstellen.

Die Hauptinsel Hawaii ist mit 7000 Metern unter Wasser und 4000 Metern über Wasser das höchste Vulkangebäude der Erde. In einer früheren Arbeit hatten die GFZ-Wissenschaftler bereits festgestellt, dass die Temperatur des Hawaii-Mantle-Plumes 300°C über der Durchschnittstemperatur des umgebenden Erdmantels liegt. Damit ist der Hawaii-Plume der heißeste seiner Art weltweit.

Mit Hilfe einer neuen seismischen Methode (der S-Receiver-Function-Methode) wurde der Verlauf der Grenze zwischen der relativ starren und kalten pazifischen Platte (Lithosphäre) und der darunterliegenden weicheren Schicht (Asthenosphäre) unter der Kette der Hawaii-Inseln mit bisher nicht erreichter Genauigkeit kartiert.

Die Messergebnisse führen zu neuen Vorstellungen über das „Durchschweißen“ eines Plumes durch eine ozeanische Platte. Die pazifische Platte hat eine normale Mächtigkeit von etwa 100 Kilometern in der Umgebung von Hawaii. Wegen der Wärmezufuhr durch das aus dem tiefen Erdmantel aufsteigende Gestein wird sie aber bis auf rund 60 Kilometer Mächtigkeit reduziert, d. h. teilweise aufgeschmolzen. Damit wird die Lithosphäre wieder ähnlich dünn wie bei ihrer Entstehung am Ostpazifischen Rücken, weshalb auch von „Wiederverjüngung (Rejuvenation)“ gesprochen wird. Durch die relativ schnelle Bewegung der pazifischen Platte über den Vulkan hinweg wird das Maximum der Aufschmelzung erst unter dem nordwestlichen Ende der Inselkette erreicht und nicht unter den jetzt aktiven Hawaii-Vulkanen. Die für diese Untersuchung benötigten Daten wurden im Rahmen des vom GFZ Potsdam koordinierten International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) gewonnen. Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem GeoForschungsZentrum gemeinsam finanziert.