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Pazifikvulkane

Der markante Knick vor Hawaii

Von Horst Rademacher
 - 17:00
Feuer und Wasser - Die Hawaii-Emperor-Kette erstreckt sich bis zur südlichsten Insel von Hawaii. Bild: dpa/Usgs, F.A.Z.

Die Hawaii-Inseln, die scheinbar völlig einsam im nördlichen Zentralpazifik liegen, sind in Wirklichkeit der jüngste Spross einer mehr als 80 Millionen Jahre alten Vulkankette. Diese sogenannte Hawaii-Emperor-Kette zieht sich auf einer Länge von 6000 Kilometern durch den Stillen Ozean, vom westlichsten Punkt des Aleuten-Tiefseegrabens im Norden bis zu dem aktiven submarinen Vulkan Loihi bis zur Südostküste der südlichsten Insel von Hawaii. Zu ihr gehören mindestens 46, meist erloschene Vulkane. Allerdings verläuft die Hawaii-Emperor-Kette nicht gerade. Vielmehr weist sie auf halber Strecke einen deutlichen Knick auf, bei dem sie ihre Richtung um 60 Grad ändert. Über die Ursachen dieses seltsamen Verlaufs gibt es unter Geowissenschaftlern seit Jahrzehnten eine erbitterte Debatte. Eine internationale Forschergruppe hat nun mit verschiedenen Modellrechnungen zeigen können, dass beide Lager in dieser Diskussion zumindest teilweise recht haben.

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Als der amerikanische Geophysiker Jason Morgan vor mehr als 40 Jahren die Entwicklung der Hawaii-Kette mit seiner Theorie von heißen Magmaschloten erklärte, war das nicht nur ein wunderbarer Beweis für die damals noch umstrittene Plattentektonik. Seine Überlegungen erklärten auch, warum das Alter der einzelnen Vulkane stetig in Richtung Nordwesten zunahm. Die jüngsten Vulkane Loihi und Kilauea sind heute aktiv, das nordwestlichste untermeerische Glied der Hawaii-Kette, der Meiji Seamount, erlosch vor etwa 82 Millionen Jahren.

Nach Morgans Theorie gibt es im Erdmantel unter dem Pazifik einen dünnen, stationären Magmaschlot, der über Jahrmillionen heißes Magma aus dem tiefen Erdmantel bis zur Erdkruste fördert. Gelegentlich fresse sich das Magma wie ein Schweißbrenner durch die Kruste und lässt dabei an der Erdoberfläche einen Vulkan entstehen. Im Gegensatz zum Schlot ist laut Morgan die pazifische Erdkrustenplatte aber nicht ortsfest, sondern bewegt sich stetig über den Schlot hinweg. Sie drifte allmählich nach Nordwesten. Dementsprechend sei jeder durch hervorquellendes Magma erzeugte Vulkan nur für eine begrenzte Zeit aktiv, so lange nämlich, bis die Bewegung der Platte die Magmazufuhr abschneidet und weiter südöstlich ein neuer Vulkan entsteht.

Allerdings wusste selbst Morgan bereits, dass seine Erklärung einen sprichwörtlichen Haken hat. Nur Vulkane, die jünger sind als 47 Millionen Jahre, liegen auf einer geraden, von Nordwest nach Südost verlaufenden Kette, der Hawaii-Kette. Die älteren Vulkane befinden sich dagegen auf einer von Nord nach Süd verlaufenden Linie, der Emperor-Kette. Morgan behauptete, dieser Knick in der Mitte beider Vulkan-Ketten sei durch eine plötzliche Änderung der Bewegungsrichtung der pazifischen Platte verursacht worden. Er blieb aber eine Erklärung für dieses ungewöhnliche geologische Verhalten schuldig. Seitdem hat es Dutzende weitere Erklärungsversuche gegeben, von denen bisher aber keiner die Fachwelt ganz überzeugen konnte.

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Die Forschergruppe um Trond Torsvik von der Universität Oslo und Bernhard Steinberger vom Geoforschungszentrum in Potsdam hat nun die widersprüchlichen kursierenden Erklärungsversuche genauer unter die Lupe genommen und mit dem Computer modelliert. Eine dieser Hypothesen besagt, dass der Magmaschlot nicht über Jahrmillionen stationär ist, wie Morgan dachte, sondern sich durch den Erdmantel bewegt und dabei die markante Krümmung der Kette erzeugt hat. Die Berechnungen der Forscher haben aber ergeben, dass diese Drift mit einer Geschwindigkeit von 42 Zentimetern pro Jahr abgelaufen sein müsste – eine im geologischen Sinne atemberaubend hohe Geschwindigkeit. Wie Torsvik und seine Kollegen in der Zeitschrift „Nature Communications“ berichten, scheidet auch das andere Extrem aus. Der Knick könne nämlich nicht ausschließlich von einer plötzlichen Änderung der Bewegungsrichtung der pazifischen Platte verursacht worden sein. Dann müsste die Vulkankette nämlich um etwa 800 Kilometer kürzer sein, als sie ist. Außerdem hätte eine derart drastische Richtungsänderung in den Subduktionszonen rund um den Stillen Ozean ihre geologischen Spuren hinterlassen müssen. Dafür gibt es aber bis jetzt keine Anzeichen.

Die Forscher glauben stattdessen, dass nur eine Kombination der beiden Hypothesen die Entstehung des markanten Knicks erklären könne. Danach haben sowohl eine langsame Bewegung des Magmaschlots als auch eine abrupte Richtungsänderung der Plattendrift den Haken entstehen lassen.

Welche Vorgänge im Erdinneren allerdings dafür verantwortlich waren, lässt sich wohl nur durch umfangreiche seismische Untersuchungen im Nordwestpazifik klären. Bei solchen tomographischen Experimenten erschließen sich nämlich die Temperaturverhältnisse im Erdmantel. Allerdings müssten dazu Hunderte empfindliche Seismometer von Forschungsschiffen auf dem Boden des Nordwestpazifiks versenkt werden. Ein derartiges umfangreiches und teures Forschungsprogramm ist aber derzeit nirgendwo auf der Welt geplant.

Quelle: F.A.Z.
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