Was unter dem Yellowstone-Vulkan passiert

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Eine Studie aus dem Deutschen GeoForschungsZentrum gibt Aufschluss über die Vorgänge tief im Erdinneren. GFZ-Forscher Bernhard Steinberger und Kollegen aus den USA nutzen Modellierung, um den Ursprung des Supervulkans im Westen der USA besser zu verstehen.

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. 

Das sagen die Daten: Kraterreste (Kreise) und der Plume (links) sowie ein vertikaler Schnitt (Tomografie) rechts. (Ill. Steinberger et al.)

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. 

Das sagt das Modell: Der “Mantel Plume” mit seinem Knick ist vor allem in tieferen Regionen gut abgebildet. (Ill.: Steinberger et al.)

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 blie-ben 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.

„Unsere Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Intraplattenvulkanismus bei und stützt die Hypothese eines tiefen Mantel Plumes. Für die Risikoabschätzung des Yel-lowstone Vulkans hat das aber keinerlei Auswirkungen.“

Bernhard Steinberger

Veröffentlichung: 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 

Quelle: off. Pm des Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Titelbildunterschrift: Ausschnitt aus der Interpretation seismischer Wellen. CC by 3.0 B. Steinberger


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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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