Dicke der Grenzschicht an der Mantelbasis entscheidend für Plumeform Zwei Arten von Plumes im Erdmantel? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Dicke der Grenzschicht an der Mantelbasis entscheidend für Plumeform

Zwei Arten von Plumes im Erdmantel?

Bisher galt die Lehrmeinung, dass ein Hotspot im Erdmantel nur eine von zwei Formen haben kann. Doch jetzt belegt eine neue Studie, dass auch eine Koexistenz der beiden bekannten Plumetypen möglich ist. Wie amerikanische Forscher in der Fachzeitschrift „Geology“ berichten, könnte sich im Laufe der Zeit sogar eine Form in die andere umwandeln.

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Wie sieht ein Plume, eine heiße aufwärtsgerichtete Strömung vom Erdmantel in die Erdkruste aus? Bisherige Studien ergaben dafür zwei unterschiedliche Typen: Daten aus Flutbasalten deuten auf die Existenz von Mantelplumes mit großen „Köpfen“ und dünnen, langgestreckten Ausläufern in die Tiefe hin. Seismische Daten jedoch weisen eher auf Plumes mit dicken Ausläufern, die so genannten Diapir-Plumes, hin. Nach gängiger Lehrmeinung kann es in einem chemisch homogenen Erdmantel nur eine von beiden Plumetypen geben.

Nicht nur „Entweder-Oder“

Doch genau dieser Ansicht widerspricht jetzt eine neue Studie, die die Geologen A. Lenardic und A. Jellinek von der Rice Universität in Houston vorgestellt haben. In dieser belegen sie, dass eine chemisch abgegrenzte Schicht an der Mantelbasis dann eine Koexistenz beider Plumes erlaubt, wenn sie eine variable Dicke hat. Dass dies der Fall ist, zeigen wiederum seismische Daten.

Die chemische Schicht um die es geht, bestimmt entscheidend die Temperatur und damit auch die Viskositätsschwankungen in der thermischen Grenzschicht, dem Ort, an dem die Plumes entspringen. Eine lokal dickere Schicht führt zu kleinen Variationen in der Dickflüssigkeit des Magmas und erzeugt daher eher die dicken Diapirplumes. Eine dünnere Schicht dagegen ruft größere Viskositätsvariationen im aktiven Teil der Grenzschicht hervor und führt – so die Theorie der beiden Forscher – daher zu den Plumes mit dünneren „Schwänzen“.

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Koexistenz ist möglich

Nach Ansicht von Lenardic und Jellinek kann eine Koexistenz beider Formen dann auftreten, wenn sich die Dicke der chemischen Schicht in Reaktion auf fluktuierende Strömungsmuster im Mantel ebenfalls verändert. Dadurch könnte ein Plume ursprünglich als Diapir entstehen, seinen Charakter im Laufe der Zeit jedoch durch den Wandel der Ursprungsschicht ändern.

Eine solche Veränderung der Morphologie und der thermischen Struktur der Mantelplumes in Abhängigkeit von der Dicke der chemischen Schicht wird durch bisherige Daten bestätigt. In ihnen findet sich eine Korrelation zwischen den seismischen Beobachtungen des chemisch deutlich abgegrenzten Materials an der Kern-Mantelgrenze, den thermalen Anomalien im Mantel und den Unterschieden in den Auftriebskräften und Temperaturen der Hotspots.

(Geological Society of America, 05.02.2009 – NPO)

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