Einige der vulkanischen Hot Spots der Welt können durch geschmolzenes Material angetrieben werden, das überraschend nahe an der Erdoberfläche entsteht.
Während einige der heißesten Stellen durch Schwaden aus schwimmfähigem Material angetrieben werden, die aus der Tiefe der Erde aufsteigen, könnten geschmolzene Strömungen, die die Aktivität an den kühlsten heißen Stellen antreiben, wie erwartet aus relativ flachen geophysikalischen Prozessen resultieren, schlägt eine neue Studie vor.
Ein Großteil der vulkanischen Aktivität unseres Planeten findet an oder in der Nähe der Ränder der tektonischen Platten statt, aus denen die Erdkruste besteht (SN: 13.01.21). An mittelozeanischen Rücken, die oft die Grenzen zwischen einigen tektonischen Platten bilden, quillt heißes Material aus dem Mantel – der heißen, dicken Schicht, die zwischen dem Erdkern und seiner Kruste liegt – auf, um frische Kruste zu bilden.
Aber auch mysteriösere vulkanische Aktivitäten treten an vielen Orten inmitten einer tektonischen Platte weit weg von mittelozeanischen Rücken auf, sagt Xiyuan Bao, Geophysiker an der UCLA. Die Inseln Hawaii, Ascension Island im Südatlantik und die Pitcairninseln im Südpazifik sind nur einige Beispiele für Vulkane, die durch solche Aktivitäten entstanden sind (SN: 29.01.19).
Wissenschaftler vermuten, dass viele dieser Orte isolierten Vulkanismus von heißen Materialwolken gespeist werden, die aus der Tiefe des Mantels aufsteigen, ähnlich wie kleine Wasserpäckchen, die in einem Topf mit fast kochendem Wasser an die Oberfläche steigen (SN: 16.09.13). Aber eine neue Analyse von Bao und Kollegen, beschrieben im 7. Januar Wissenschaft, deutet darauf hin, dass einige dieser isolierten Hot Spots von Material angetrieben werden, das nicht so heiß ist wie erwartet, was Zweifel aufkommen lässt, dass die vulkanische Aktivität dort von tiefen Mantelwolken angetrieben wird. Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, die mysteriösen Prozesse herauszufinden, die sich an verschiedenen Orten des Vulkanismus im Inneren von Platten abspielen.
„Diese Studie hilft herauszufinden, welche vulkanischen Wolken tief sitzen und welche nicht“, sagt Keith Putirka, ein Eruptiv-Petrologe an der California State University in Fresno, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
Das Team konzentrierte sich auf 26 vulkanische Hot Spots in ozeanischen Gebieten, von denen frühere Studien vorgeschlagen hatten, dass sie von tiefen Mantelplumes gespeist werden. Die Forscher nutzten seismische Daten, um die Temperatur des Mantelmaterials in verschiedenen Tiefen von 260 bis 600 Kilometern abzuschätzen. Im Allgemeinen gilt: Je heißer das Material ist, desto langsamer breiten sich seismische Wellen durch es aus.
Das Team verglich dann die Temperaturschätzung für jeden Hot Spot mit der durchschnittlichen Temperatur von Mantelmaterial, das an mittelozeanischen Rücken aufquillt. Da sich dort tektonische Platten auseinanderziehen, gibt es keinen Widerstand gegen das Aufsteigen von heißem Gestein aus der Tiefe des Erdmantels. Dies wiederum liefert eine Basislinie, mit der Wissenschaftler die Temperaturen von Gesteinen tief unter isolierten Hotspots vergleichen können.
Die Temperaturen an den mittelozeanischen Rücken liegen im Durchschnitt bei 1388° Celsius (2530° Fahrenheit). Für ein Dutzend der Hotspots, die das Team untersuchte, war das Material des tiefen Mantels mehr als 155°C wärmer als das Material des Mittelozeanischen Rückens, berichten Bao und sein Team. Material, das heiß ist, ist mehr als warm genug, um an die Erdoberfläche aufzusteigen, sich durch die darüber liegende Kruste zu kauen und eine ungeheure vulkanische Aktivität zu erzeugen.
Aber für 10 Hotspots lag das Material des tiefen Mantels nur zwischen 50 °C und 135 °C wärmer als das mittelozeanische Rückenmaterial, gerade warm genug, um an die Oberfläche und durch die Kruste aufzusteigen. Und vier der Hotspots waren weniger als 36 °C wärmer als das Material der Mittelozeanischen Rücken, was darauf hindeutet, dass das Hotspot-Material nicht schnell genug aufsteigen könnte, um den Auftrieb aufrechtzuerhalten und die Kruste zu durchbrechen. Andere Arten von geophysikalischen Prozessen, die näher an der Erdoberfläche auftreten, befeuern die vulkanische Aktivität an diesen 14 kühlen bis mittelmäßigen Hotspots, schlagen die Forscher vor.
„Der Beweis für Mantelplumes unter den meisten Vulkaninseln fehlt“, sagt Godfrey Fitton, ein Geochemiker an der University of Edinburgh, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Eine alternative Quelle für geschmolzenes Material, schlägt er vor, könnten Gebiete sein, in denen tektonische Platten kollidierten, um die Entstehung vergangener Superkontinente (SN: 11.01.17).
In diesen zerknitterten Zonen, erklärt Fitton, wäre die Erdkruste dicker und würde so dazu beitragen, den Wärmefluss vom Erdmantel an die Oberfläche zu isolieren. Der Wärmestau in der Kruste könnte wiederum zu einem lokalen Schmelzen von karbonatreichen Gesteinen führen, die den Vulkanismus anheizen könnten. Im Jahr 2020 schlugen er und seine Kollegen vor, dass solche Prozesse in den letzten 50 Millionen Jahren oder länger den Vulkanismus an Brennpunkten vor der Westküste Afrikas und vor der Nordostküste Brasiliens angeheizt haben.