Ein vulkanischer Hotspot könnte eine quer durch Nordamerika ziehende Spur hinterlassen haben. Während die Landmasse im Laufe von Jahrmillionen über diesen geologischen Schweißbrenner hinweg zog, schmolz dieser das Krustengestein von unten an und verformte es. Indizien für eine solche Spur haben Forscher nun mittels seismischer Messungen entdeckt. Die Hotspot-Zone könnte auch schuld an den Intraplatten-Beben bei New Madrid in Missouri sein, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“.
Hotspots sind Stellen, an denen der Erdmantel besonders heiß ist und aufsteigendes, geschmolzenes Gestein sich daher wie ein Schweißbrenner durch die festen Krustenteile brennt. Liegen diese Hotspots unter der dünnen ozeanischen Kruste, dann bilden sich oft ganze Ketten von Vulkaninseln, weil sich die Kruste, angetrieben von der Plattentektonik, über den Hotspot hinweg bewegt. Dieser bohrt dann im Laufe der Zeit eine Reihe von unterschiedlich alten Vulkanschloten in sie hinein – ein typisches Beispiel dafür sind die Inseln von Hawaii.
Unerkannt im Untergrund
Weil die Erdkruste unter den Kontinenten sehr viel dicker ist, reicht die Hitze der Hotspots meist nicht aus, sich durch sie hindurch zu brennen und Vulkane zu bilden. Daher sind solche Hotspot-Spuren auf dem Land auch weitaus weniger leicht erkennbar. Als ein Indiz gelten Kimberlite, Gesteine aus dem oberen Erdmantel, die in die Kruste aufgestiegen sind und dort als erstarrte Schlote erhalten blieben.
Risheng Chu vom Staatlichen Laboratorium für Geodäsie und Dynamik der Erde in Wuhan und seine US-Kollegen haben nun aber noch eine andere Möglichkeit gefunden, alte Hotspot-Spuren ausfindig zu machen. Dafür analysierten sie die seismischen Wellen, die 2011 von einem Erdbeben in Virginia ausgingen, mit Hilfe des Messnetzes USArray. Weil unterschiedliches Gestein die Wellen jeweils verschieden bricht und reflektiert, lassen sich damit Verwerfungen und andere Strukturen im Untergrundgestein identifizieren.
Seismische Anomalie zieht einmal quer durchs Land
Und tatsächlich: Bei der Auswertung der Daten entdeckten die Forscher eine lineare, von West nach Ost ziehende seismische Anomalie. Sie reicht von Missouri bis nach Virginia – ist aber an der Erdoberfläche nicht sichtbar. „Diese unerwartete Anomalie zeichnet sich aus durch eine verringerte Geschwindigkeit der P-Wellen und eine starke Abschwächung“, erklären die Wissenschaftler. „Wir interpretieren das als Spur eines Hotspots.“
Diese Spur reicht vermutlich sogar noch weiter nach Westen und könnte sich im Osten bis in den Westatlantik fortsetzen – dem Ort, an dem der Hotspot ihrer Berechnungen nach heute liegen müsste. Entstanden ist die Hotspot-Spur wahrscheinlich vor 100 bis 50 Millionen Jahren, vermuten die Forscher. Ein zusätzliches Indiz sehen sie in einer rund 75 Millionen Jahre alten Kimberlit-Lagerstätte in Kentucky, die genau auf der Linie dieser Anomalie liegt.
Schuld am New Madrid-Erdbeben?
Aber würde ein Hotspot tatsächlich so ein seismisches Signal hinterlassen? Um das zu überprüfen, führten die Forscher eine Modellsimulation durch. Bei dieser ließen sie ein Abbild der Kontinentalkruste Nordamerikas über einen virtuellen Hotspot hinwegwandern, dessen Temperatur 300 bis 400 Grad über der der Umgebung lag. Dabei zeigte sich: Die Hotspot-Passage würde die untere Lithosphäre zeitweilig anschmelzen und dazu führen, dass sich Gestein aus dem Erdmantel dort sammelt. Beides könnte auch Millionen Jahre später noch die seismischen Anomalien hervorbringen, die jetzt gemessen wurden.
Die neu entdeckte Hotspot-Spur könnte möglicherweise auch erklären, warum im Zentrum der USA – meilenweit von jeder Plattengrenze entfernt, ungewöhnlich häufig Intraplatten-Beben auftreten. Hier ereigneten sich vier der stärksten Beben in der Geschichte der USA. Das bekannteste von ihnen erzeugte im Jahr 1812 Erdstöße bis zur Stärke 8.6, die die Stadt New Madrid völlig zerstörten und noch bis nach New York und Boston zu spüren waren.
Wie die Auswertungen ergaben, wird die dafür verantwortliche Verwerfung bei New Madrid von der Hotspot-Spur gekreuzt. Die Wissenschaftler spekulieren, dass dieses ungünstige Aufeinandertreffen zweier Schwächezonen die New Madrid-Verwerfung aktiviert haben könnte. (Nature Geoscience, 2013; doi: 10.1038/ngeo1949)
(Nature, 16.09.2013 – NPO)
