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Karoo-Flutbasalte haben tiefe Wurzeln

Ein Mantelplume speiste die vulkanische Mega-Eruption vor 180 Millionen Jahren

Flutbasalt
Die Karoo-Eruptionen vor 180 Millionen Jahren hinterließen im Süden Afrikas und in der Antarktis eine dicke Schicht aus Basalt, hier in den Drakensbergen in Südafrika. © JMK / CC-by-sa 3.0

Doch ein Hotspot: Die Karoo-Flutbasalte in Südafrika und der Antarktis sind eines der größten Vulkangebiete der Erde – und sie haben tiefere Wurzeln als bisher gedacht. Denn ein Großteil der Lava, die diese Vulkanprovinz vor 180 Millionen Jahren ausspie, stammt aus dem unteren Erdmantel, wie nun Analysen enthüllen. Der Karoo-Vulkanismus ist damit das Resultat eines Mantelplumes und wurde nicht nur durch das Zerbrechen des Urkontinents Pangäa verursacht.

Flutbasalte sind Zeugen der gewaltigsten Vulkan-Katastrophen der Urzeit. Mehrfach in der Erdgeschichte kam es zur Eruption ganzer Vulkanprovinzen. Aus hunderten Schloten drangen damals Lava, Asche und vulkanische Gase und hinterließen hunderte Meter dicke Lavaschichten. Einige dieser Mega-Ausbrüche, darunter die Eruption des Dekkan-Trapp in Indien und des Sibirischen Trapp, könnten Massenaussterben zumindest mitverursacht haben.

Karoo-Basalt
Am Luenha-Fluss in Mosambik fanden die Forscher Belege für einen Mantelplume als Magmalieferanten der Karoo-Provinz. © University of Helsinki

Eruption als Pangäa zerbrach

Eine dieser gewaltigen urzeitlichen Vulkanprovinzen liegt heute im Süden Afrikas. Die Lavaschichten der Karoo-Flutbasalte stammen aus einer Eruption, die sich vor 180 Millionen Jahren auf dem Superkontinent Pangäa ereignete. Schätzungen zufolge spien die Schlote dabei fünf bis zehn Millionen Kubikkilometer Lava – bis heute sind die Überreste dieser Lava im Süden Afrikas und in der Antarktis zu finden.

Doch was löste diese urzeitliche Vulkankatastrophe aus? Für den Dekkan Trapp ist bekannt, dass sein Magma von gleich zwei Hotspots gespeist wurde. Diese Mantelplumes förderten das glutflüssige Gestein aus dem unteren Erdmantel an die Oberfläche. Und auch die Columbia-Flutbasalte in Nordamerika erhielten ihren Magma-Nachschub von einem solchen Mantelplume.

Rätsel um die dritte Quelle

Bei den Karoo-Flutbasalten jedoch war die Ursache bisher unklar. Trotz des enormen Volumens der ausgespienen Lavamassen schienen geochemische Analysen auf einen Ursprung des Materials teils in der Erdkruste und teils im oberen Erdmantel hinzudeuten. „Doch diese beiden Quellen allein können die verschiedenen Magmatypen der Karoo-Provinz nicht erklären“, erklären Sanni Turunen von der Universität Helsinki und seine Kollegen. „Mehr als die Hälfte des Volumens dieser Flutbasalte muss aus einer dritten Quelle stammen.“

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Aber aus welcher? Um diese Frage zu beantworten, haben Turunen und seine Kollegen zu den Karoo-Basalten gehörende Lava aus der Nähe des Luenha-Flusses in Mosambik untersucht. „Diese Flutbasalte sind ausgedehnt, aber bisher wenig untersucht“, sagen die Forscher. Für ihre Studie haben sie Proben aus verschiedenen Teilen dieses Gebiets entnommen und sie auf ihre Element-Zusammensetzung und Mineralstruktur hin analysiert.

Geochemische Signatur eines Mantelplume

Das Ergebnis: Das Lavagestein aus diesem nördlichen Teil der Karoo-Flutbasalte ähnelt in seiner Zusammensetzung auffallend der von anderem, aus dem tiefen Erdmantel stammenden Vulkangestein. Es enthält relativ wenig Titandioxid, dafür viel Magnesium, wie die Forscher berichten. Die Struktur dieser Gesteine deutet zudem darauf hin, dass dieses Magma einst bei Temperaturen von rund 1.530 Grad geschmolzen sein muss.

All dies zusammen spricht nach Ansicht der Forscher dafür, dass dieses Magma von einem Mantelplume aus dem tiefen Erdmantel an die Oberfläche befördert worden ist. „Die Luenha Pikrite liefern uns damit die erste direkte geochemische Probe einer signifikanten Mantel-Plume-Quelle für die vulkanische Karoo-Provinz“, konstatieren Turunen und seine Kollegen.

Bei diesem tiefen Mantelreservoir handelt es sich damit wahrscheinlich um die lange gesuchte dritte Quelle der Karoo-Flutbasalte. Nach Schätzungen der Wissenschaftler könnte mehr als die Hälfte der Lava in dieser Vulkanprovinz aus diesem Hotspot stammen. (Lithos, 2019; doi: 10.1016/j.lithos.2019.105152)

Quelle: University of Helsinki

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