Hawaii schmilzt – Neue Vermessungsmethode für Kontinentalplatten entwickelt

Die Inseln von Hawaii sind durch einen einzigen Vulkan entstanden – und es entstehen immer noch neue. Erkaltetes Magma bildet ihre Landmasse. Die ältesten der Inseln schmelzen jedoch von unten wieder auf. Ein aus dem tiefen Erdmantel kommender Magmaschlot, auch Plume genannt, schneidet sich durch die feste oberste Erdschicht, die Lithosphäre. Sie bildet den Boden, auf dem wir stehen. An seiner Austrittsstelle entsteht ein Vulkan. Doch nur ein geringer Teil des Plume-Materials wird auf die Erdoberfläche geschleudert. Der größte Teil sammelt sich in hundert Kilometern Tiefe unter den Inseln, an der Untergrenze der Lithosphäre, und löst sie langsam wieder auf. Zu diesen Ergebnissen kam Prof. Dr. Rainer Kind vom Fachbereich Geowissenschaften der Freien Universität Berlin und Geophysiker im GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) in Kooperation mit anderen Wissenschaftlern des GFZ. Die neue Vermessungsmethode wurde kürzlich in „Nature“ beschrieben.

Diese Ergebnisse konnten erst mit Hilfe einer neuen seismischen Methode, der S-Receiver-Function-Methode, herausgefunden werden. Erdbebenwellen sind elastische Wellen, die mit etwa zehn Kilometern pro Sekunde durch den Erdmantel laufen. Sie sind, wie Lichtwellen in der Physik, die analytischen Instrumente der Geologen. Damit ist es ihnen möglich, ins Erdinnere zu schauen und das geologische Wetter zu beobachten.

Dem Forscherteam ist es durch die von ihnen entwickelte Methode gelungen, die Untergrenze der Lithosphäre exakt zu bestimmen. Aus diesen Ergebnissen konnten die Wissenschaftler ableiten, dass der größte Teil des Magmas unter der Lithosphäre bleibt und diese wieder aufschmilzt. Durch die relativ schnelle Drift der ozeanischen Platte über dem Plume gelangt das heiße Material bis zur fünfhundert Kilometer entfernten Insel Kauai. Dort erreicht die Aufschmelzung ihr Maximum. Während die Lithosphäre unter Big Island, der jüngsten Insel, noch hundert Kilometer dick ist, misst sie unter der ältesten Insel gerade noch sechzig Kilometer. Der Plume hebt außerdem eine Fläche von zweitausend Quadratkilometern um tausend Meter an (Hawaiian Swell). Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass weder die Inseln noch ihre Bewohner von diesem geologischen Prozess bedroht sind.

Das Forscherteam ist nun dabei, die in Hawaii vorgenommenen Messungen auch an anderen Orten durchzuführen. Es soll untersucht werden, wann sich das heiße Material im Nordwesten von Kauai wieder abkühlt und die Lithospährendicke auf ihre normale Stärke von einhundert Kilometern wächst. Unter der Eifel existiert ein ähnlicher, aber schwächerer Plume, der noch vor elftausend Jahren zu Vulkanausbrüchen führte. Man kann sich kaum vorstellen, dass in dieser idyllischen Landschaft wieder Lava strömen könnte. Der Vulkan ist nämlich nicht erloschen, er befindet sich zurzeit noch in Ruhe … noch.

Literatur: Xueqing Li, Rainer Kind, Xlaohui Yuan, Ingo Wölbern, Winfried Hanka, „Rejuvenation of the lithosphere by the Hawaiian plume“, in: Nature, vol. 427, 2004, S. 827ff.

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Prof. Dr. Rainer Kind, Freie Universität Berlin
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