Doch ein Mantelplume? Bisher war umstritten, woher der Yellowstone-Supervulkan sein Magma bekommt. Jetzt liefern US-Forscher Belege dafür, dass das Vulkangebiet tatsächlich von einem Mantelplume gespeist wird – einem Aufstrom heißen Magmas aus dem unteren Erdmantel. Seismische Messdaten enthüllen eine 350 Kilometer dicke Anomalie, die sich von der Kern-Mantel-Grenze unterhalb Mexikos bis unter den Vulkan erstreckt. Das spreche für ein Mantelplume, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“.
Die meisten Vulkane entlang der irdischen Plattengrenzen entstehen durch tektonische Prozesse wie die Subduktion. Welche Ursachen jedoch Vulkane innerhalb von Erdplatten haben und woher sie ihr Magma beziehen, ist meist schwerer zu ermitteln. Im Falle von Hawaii liefert eine ganze Kette von Vulkaninseln deutliche Indizien dafür, dass hier ein Mantelplume am Werk war: Dieser Aufstrom transportiert besonders heißes Magma von der Kern-Mantel-Grenze bis an die Erdoberfläche und erzeugt dort einen Hotspot.
Mantelplume oder doch Tektonik?
Doch wie sieht es beim Yellowstone aus? Dieser Supervulkan im Nordwesten der USA liegt im Kontinentinneren und gilt als Paradebeispiel für einen Hotspot-Vulkan. Doch stammen seine Hitze und sein Magma aus einem Mantelplume? Vor kurzem weckten Forscher daran Zweifel. Sie wiesen nach, dass ein Großteil der Hitze unter dem Vulkangebiet nicht aus dem unteren Mantel, sondern von Ausläufern einer nahen Plattengrenze im Pazifik zu kommen scheint.
Das Problem: „Trotz einiger Belege für einen Plume-Ursprung hat der Yellowstone einige Merkmale, die nicht zur klassischen Mantelplume-Theorie passen“, erklären Peter Nelson und Stephen Grand von der University of Texas in Austin. Zudem ließ sich die seismische Signatur eines möglichen Yellowstone-Hotspots bisher nur bis in 900 Kilometer Tiefe nachweisen. Mantelplumes jedoch haben ihren Ursprung an der Kern-Mantel-Grenze – in rund 2.600 Kilometern Tiefe.
Anomalie im Erdmantel
Was also ist dran am Hotspot unter dem Yellowstone? Um das zu klären, haben Nelson und Grand nun Daten des USArray ausgewertet, eines dichten Netzwerks von mehr als 500 seismischen Messstationen, das sich über die USA erstreckt. Mithilfe dieser Daten konnte sie erstmals ein hochauflösendes Bild des Erdmantels unter dem Yellowstone bis an die Grenze zum Erdkern gewinnen.
Das Ergebnis: „Das frappierendste Merkmal ist eine zylindrische Anomalie von 350 Kilometer Durchmesser, die sich von der Kern-Mantel-Grenze bis zum Yellowstone-Vulkan erstreckt“, berichten die Forscher. Diese Anomalie beginnt in der Tiefe unter der Grenze von Kalifornien zu Mexiko und verläuft dann schräg aufwärts nach Nordosten. Den Laufzeit-Abweichungen der seismischen Wellen nach könnte das Mantelgestein am Fuß dieser Anomalie 640 bis 850 Grad heißer sein als die Umgebung, wie die Forscher berichten.
Indizien für einen Mantelplume
Nach Ansicht von Nelson und Grand spricht dies für einen Mantelplume: „Die Nähe dieser Anomalie zum Yellowstone-Hotspot, seine Kontinuität durch den gesamten Mantel hindurch und die zylindrische Form passen zu einem thermischen Plume“, konstatieren sie. „Wir schließen daraus, dass die ultimative Hitzequelle des Yellowstone-Vulkangebiets ein Mantelplume ist, der seinen Ursprung an der Kern-Mantel-Grenze hat.“
Warum dieser Plume allerdings genau dort liegt und warum er von der Kerngrenze unter Mexiko Richtung Nordosten aufsteigt, ist bisher unklar, wie auch die Forscher einräumen. Dennoch sind sie der Ansicht, dass ihre Daten gegen einen flacheren Ursprung des Supervulkans sprechen. (Nature Geoscience, 2018; doi: 10.1038/s41561-018-0075-y)
(Nature, 21.03.2018 – NPO)
