Heiße Flecken und wandernde Platten

Hotspots werden Gebiete genannt, an denen heiße Aufströme aus dem Innern der Erde Vulkane entstehen lassen. Prominente Beispiele für diese „heißen Flecken“ sind Island, die kanarischen Inseln und möglicherweise auch die Eifel.

Als Paradebeispiel für diesen Hotspot-Vulkanismus wurde bisher die hawaiianische Inselkette angesehen. Ein Artikel in der April-Ausgabe des angesehenen Wissenschaftsmagazins Science, den der Geophysiker Ulrich Hansen von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster gemeinsam mit seinen amerikanischen Fachkollegen John Tarduno und Norman Sleep sowie Hans-Peter Bunge von der Universität München geschrieben hat, rüttelt nun an den Lehrbuchmeinungen über die Entstehung der hawaiianischen Inselkette im speziellen und über die Dynamik des Erinnern im allgemeinen.

Die hawaiianischen Inseln scheinen auf einer Kette aufgereiht zu sein. Nach bisheriger Vorstellung brennt ein heißer Aufstrom, ein sogenannter Mantelplume, wie ein Bunsenbrenner eine Spur in die darüber hinweg gleitende tektonische Platte. Zunächst nur eine Hypothese des amerikanischen Geophysikers Tuzo Wilson aus dem Jahr 1963, wurde dieses Bild bald zur Lehrbuchmeinung. Sie besagt, dass die Aufströme, die Hotspots erzeugen, ortsfest relativ zur Plattenbewegung bleiben. So entstand das Bild eines Netzes fester Hotspots auf der Erde.

Diese Vorstellung geriet in den letzten Jahren ins Wanken: Paläomagnetische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Inseln nicht auf der gleichen geographischen Breite entstanden sind. Das sollten sie aber, falls der Hotspot fest wäre. Abkühlende Lava friert sozusagen die aktuellen Eigenschaften des Erdmagnetfelds ein. Neben der Polarität werden auch andere Eigenschaften konserviert. Dazu gehört auch die Inklination des Magnetfelds. Beobachtet man eine Kompassnadel genau, so sieht man, dass sie nicht völlig horizontal, sondern leicht geneigt ist. Diese Neigung ist die Inklination, die abhängig ist von der geographischen Breite.

Erst seit kurzem stehen Analysemöglichkeiten zur Verfügung, um Proben genau genug untersuchen zu können. Die Arbeiten, die wesentlich von Prof. Dr. John Tarduno von der University of Rochester in den USA durchgeführt wurden, ergaben, dass die Proben einer hawaiianischen Insel bei etwa 36 Grad nördlicher Breite entstanden sein mussten. Heute liegt Hawaii jedoch auf 19 Grad nördlicher Breite. Bei einem festen Hotspot müssten alle Vulkaninseln bei gleicher Breite entstanden sein. Inzwischen ist auch das physikalische Verständnis der Strömungen im Innern der Erde gewachsen. Neben theoretischen Untersuchungen von Prof. Dr. Norman Sleep von der Stanford University in den USA wird es durch Simulationen auf Höchstleistungsrechnern möglich, die Dynamik und die Transporteigenschaften solcher Plumes zu untersuchen. Entsprechende Forschungsarbeiten werden an der Universität München von Prof. Dr. Hans-Peter Bunge und an der Universität Münster von Prof. Dr. Ulrich Hansen durchgeführt.

Zusammengenommen führen diese Arbeiten zu dem Schluss, dass der Plume unter Hawaii nicht ortsfest unter einer darüber gleitenden Platte ist, sondern dass Platte wie Plume wandern. Die numerischen Simulationen zeigen, dass dies nicht nur für den Hawaii-Plume gilt, sondern dass dies vielmehr das typische Verhalten von Mantelplumes ist. Die Arbeiten im münsterschen Institut weisen nach den Worten von Prof. Hansen darauf hin, „dass die Mantelplumes ihr Material nicht stetig nach oben transportieren, sondern vielmehr episodisches Verhalten aufweisen und in Schüben aktiv werden“.

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Norbert Frie Universität Münster

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