Seit fast 30 Jahren debattieren Geowissenschaftler darüber, ob vulkanische Inselketten wie Hawaii oder Inseln wie Island wirklich durch Hotspots oder Plumes, konzentrierte Aufströmungen von heißem Material aus dem Erdmantel, entstanden sind oder ob sie auch unabhängig davon existieren würden. Jetzt haben Forscher in „Nature“ Analysen von Uranisotopen veröffentlicht, die neue Belege für die Existenz der Plumes unter acht vulkanischen Inseln erbringen – und damit eine Bestätigung für die Plume-Theorie.
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Eine der großen Vorteile der Plattentektonik ist, dass sie viele geologische Phänomene erklärt und abdeckt. Eine Ausnahme ist allerdings die Position vieler vulkanischer Inseln und Inselketten wie Hawaii, die Azoren oder die Galapagos Inseln. Sie liegen weit entfernt von den aktiven Plattenrändern der Erdkruste. Um ihre Existenz zu erklären, entwickelten Geologen das Konzept der „Plumes“ – Gebieten, in denen Teile des Mantelmaterials aufsteigen, schmelzen und als Magma durch die Erdkruste an die Oberfläche dringen, wo sie unterseeische Hügelketten oder Inseln bilden.
Doch das ist bisher reine – und nicht unumstrittene Theorie. Nach wie vor sind einige Geowissenschaftler der Ansicht, Vulkaninseln könnten auch ohne Plumes erklärt werden, während andere – die Mehrheit – solche „Hotspots“ für die in sich stimmigste Erklärung für die bisher gesammelten Daten halten.
Uranisotope verraten Plumeverhalten
Jetzt hat eine neue, in der Zeitschrift “Nature” veröffentlichte Studie die Latte für die Plume-Gegner erneut höher gelegt. Denn sie belegt eine enge Korrelation zwischen modellierten und tatsächlich beobachteten Raten des Uranzerfalls in Proben von vulkanischen Inseln – und unterstützt damit die Theorie eines Aufstroms von Mantelmaterial als Ursprung dieser Inseln.
Wenn Mantelgestein schmilzt, verändert sich das Verhältnis der Uranisotope zu ihren Zerfallsprodukten zunächst dramatisch, um dann allmählich wieder zu einem Gleichgewichtszustand zurückzukehren. Diese typischen Veränderungen nutzten Forscher eines internationalen Teams aus, um zu bestimmen, wie schnell und wie vollständig Mantelmaterial an acht Probenstellen schmolz. Gleichzeitig konnten sie aus den Daten auf den Temperaturunterschied zwischen dem „normalen“ Mantelmaterial und den heißen Plumes schließen und damit auch auf die Geschwindigkeit und Größe der Aufströme.
Proben von acht vulkanischen Inseln
Alberto Saal, Assistenzprofessor für Geologie an der Brown Universität sammelte mit Unterstützung von Kollegen Daten von den Galapagosinseln, Hawaii, Pitcairn, den Kanaren, der Afar-Region in Äthiopien und Island. Mithilfe dieser Daten errechnete der Hauptautor der Studie, Bernard Bourdon, Professor am Schweizer Föderalen Institut für Technologie in Zürich, die Korrelationen zwischen den Isotopenverhältnissen und den Strom von Material, der gebraucht würde, um die Inseln entstehen zu lassen.
„Aufregen daran ist, dass es uns erlaubt, mithilfe von chemischen Messungen Rückschlüsse auf physikalische Bedingungen zu ziehen“, erklärt Saal. „Währendes unmöglich ist, die Grenze zwischen Kruste und Mantel zu besuchen, um direkte physikalische Messungen vorzunehmen, ist es durchaus möglich, die chemischen Belege zu sammeln, die den ganzen Weg hinauf zur Oberfläche transportiert worden sind.“
Bestätigung für Plume-Theorie
Die Studie trägt jedoch nicht nur qualitativ zur Stärkung der Plume-Theorie bei, sie liefert auch quantitative Daten, die getestet werden können. Nach den Ergebnissen der Forscher liegen die Temperaturdifferenzen zwischen Plume und „normalem“ Mantel zwischen 50 und 200 Grad Celsius – noch höher in Gebieten mit stärkeren Plumes wie Hawaii und den Galapagos-Inseln. Unter der Prämisse von vorwiegend symmetrischer Plumeform konnten Bourdon und seine Kollegen auch erste Werte zum Durchmesser der Plumes abgeben. Diese passten genau zu den aus seismischen Daten gewonnenen Schätzungen. Alles in allem liefert damit diese Studie neues „Futter“ für die Plume-Befürworter – und macht es den Gegner sehr schwer, solche Argumente zu entkräften.
(Brown University, 07.12.2006 – NPO)
