Was unter dem Yellowstone-Vulkan passiert

Der Yellowstone-Nationalpark in den USA ist mit seinen Geysiren und heißen Quellen eine große Attraktion für Touristen. Inbesondere in nachrichtenarmen Zeiten richtet sich der mediale Fokus aber gerne auf den Supervulkan Yellowstone, der das letzte Mal vor rund 630.000 Jahren ausgebrochen ist.

Spätestens dann wird die Frage nach den zugrunde liegenden geologischen Strukturen gestellt. Eine aktuelle Studie von Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum und Kollegen in den USA hilft, die Vorgänge im Erdinneren besser zu verstehen.

Die Arbeit erscheint demnächst im Fachjournal „Geochemistry, Geophysics, Geosystems“ der American Geophysical Union. Sie beruht auf der Modellierung des Erdmantels.

Demnach liegt unter dem Yellowstone-Vulkan ein so genannter Mantel Plume: eine schlot-ähnliche Struktur, die tausende Kilometer tief an die Grenze von Erdkern und Erdmantel reicht. Der Ursprung des Plumes liegt unter der „Baja California“, mehr als tausend Kilometer südwestlich des Nationalparks. Auswertungen von Erdbebenwellen hatten bereits so etwas vermuten lassen, aber die Vorstellung eines solchen „Mantel Plumes“ passte nicht zu der Bewegung der Lithosphärenplatten.

Klar ist, dass es sich beim Yellowstone um einen so genannten Intraplattenvulkan handelt. Die meisten Vulkane auf der Welt befinden sich an den Grenzen von Kontinentalplatten, entweder da, wo Material aus dem Erdinneren emporquillt wie am mittelatlantischen Rücken, oder da, wo eine Kontinentalplatte unter die andere abtaucht und schmilzt, wie es entlang der gesamten südamerikanischen Westküste der Fall ist.

Im Gegensatz zum Plattenrand-Vulkanismus geht der Intraplattenvulkanismus auf „Hotspots“ unter der Erdkruste zurück. Das kann man sich vorstellen wie einen Schweißbrenner, der von unten die Gesteinsplatte aufschmilzt – dort, wo quasi ein Loch durchgebrannt wird, erwächst ein Vulkan. Auf diese Weise entstand beispielsweise Hawaii.

Die seismischen Daten für Yellowstone lieferten allerdings lange Zeit kein klares Bild. Das hat sich durch neue Daten und verfeinerte Messmethoden geändert, wodurch der tiefere Teil des Plumes in einer tomographischen Aufnahme abgebildet werden konnte. Es blieben jedoch Lücken im oberen Mantel. Die Daten waren hier nicht so eindeutig. Diese Lücken füllt die Studie aus dem GFZ nun mit einem Modellierungsergebnis, das den Mantel Plume konsistent mit den Beobachtungsdaten abbildet.

Demnach gibt es Bewegungen des zähplastischen Gesteins im unteren Erdmantel, die sich relativ zur Oberfläche nach Südsüdwesten ziehen. Wie die Rauchfahne eines Dampfers zieht sich der Plume dadurch von der Baja California nach Nordnordosten zum Yellowstone Vulkan. Bernhard Steinberger: „Unsere Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Intraplattenvulkanismus bei und stützt die Hypothese eines tiefen Mantel Plumes. Für die Risikoabschätzung des Yellowstone Vulkans hat das aber keinerlei Auswirkungen.“

Dr. Bernhard Steinberger
Sektion Geodynamic Modeling
GFZ German Research Centre for Geosciences
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Phone: +49 331 288-1881
Email: bernhard.steinberger@gfz-potsdam.de

B. Steinberger P.L. Nelson, S.P. Grand, W. Wang, 2019: “Yellowstone plume conduit tilt caused by large‐scale mantle flow”. Geochemistry, Geophysics, Geosystems; DOI: 10.1029/2019GC008490 (accepted and peer-reviewed version, not printed yet)

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019GC008490 – (Link zur Studie)