Formten Magma-“Superplumes” die Kontinente?

Im Erdmantel gibt es zwei gigantische Säulen aus aufsteigendem glutflüssigem Gestein. Bisher war rätselhaft, ob und wie solche Superplumes über Millionen von Jahren ihre Position halten. Jetzt haben amerikanische Geowissenschaftler winzige Dichteunterschiede zwischen Plume-Magma und der normalen Mantelmagma nachgewiesen. Ihrer Ansicht nach könnten die Plumes entscheidende Triebkräfte für die Bewegung der tektonischen Krustenplatten der Erde sein.

Unter Hawaii und unter Ostafrika liegen zwei Plumes – Regionen, an denen heißes Magma vom Grund des Erdmantels in die Höhe steigt. Diese „Superplumes“ wurden bereits vor mehr als einem Jahrzehnt mithilfe von seismischen Wellen nachgewiesen. Jeder von ihnen ist größer als die Fläche der USA und von einem Wall aus alten Erdkrustenplatten umgeben, die im Laufe der Zeit in die Tiefe gesunken sind.

Seit mehr als 200 Millionen Jahren ortsfest?

Die Daten geben jedoch auch Rätsel auf, denn sie deuten das scheinbar Unmögliche an: Dass diese Plumes schon seit Jahrmillionen an der gleichen Stelle sitzen. „Das ist ein Problem“, erklärt Wendy Panero, Assistenzprofessorin an der Ohio State University. „Wir wissen, dass sich der Rest des Mantels ständig bewegt. Warum aber sind die Plumes dann immer noch da?“ Ihrer Ansicht nach existieren die Superpiles, wie sie sie nennt, vermutlich seit mindestens 200 Millionen Jahren. Die Forscherin präsentierte jetzt auf dem Herbsttreffen der Amerikanischen Geophysikalischen Union (AGU) neue Ergebnisse zum Thema.

Eine Winzigkeit mehr Eisen

Gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern verschiedener Disziplinen und von unterschiedlichen Forschungseinrichtungen entwickelte Panero ein neues Modell, das Auskunft darüber gibt, warum die Superpiles so stabil geblieben sind. Wie sich dabei herausstellte, genügt bereits ein winziger Unterschied in der chemischen Zusammensetzung, um die Piles an Ort und Stelle zu halten. Sie enthalten ein wenig mehr Eisen als der Rest des Erdmantels: zehn bis 13 Prozent anstelle von zehn bis zwölf Prozent. Aber schon dieser Hauch eines Unterschieds macht die Superpiles dichter als ihre Umgebung.

Plattenreste als Begrenzungshilfe?

„Material, das dichter ist, sinkt zum Grund des Mantels”, erklärt Panero. „Es würde sich dort normalerweise ausbreiten, aber in diesem Falle haben wir subduzierte Platten, die von oben herab kommen und die die Piles zusammenhalten.“ Damit könnten diese Plumes über Millionen Jahre fest mit ihrer Position an der Untergrenze des Erdmantels verbunden gewesen sein, obwohl der Rest des Mantels sich kontinuierlich um sie herum bewegte.

Plattentektonik als Henne und Ei-Problem

Computermodelle haben schon zuvor die Plumes mit den abgesunkenen Platten in Verbindung gebracht, noch allerdings ist unklar, was von beiden zuerst da war. „Treiben diese Superpiles die Plattenbewegungen an oder sind es die Plattenbewegungen, die die Superpiles erzeugen? Ich weiß nicht, ob es eine echte Henne-und-Ei-Frage ist“, so Panero. „Aber die Positionen der beiden Superpiles scheinen mit der heutigen Plattenposition in Verbindung zu stehen und auch mit der des letzten Superkontinents vor 200 Millionen Jahren.“ Das Zerbrechen von Pangäa, so der Name des Superkontinents, ließ erst die sieben Kontinente entstehen, die wir heute kennen.

Die Wissenschaftler wollen nun der Verbindung zwischen den Superpiles und den Platten um sie herum weiter nachgehen. Auch der Zusammenhang zwischen den beiden großen Superpiles und anderen, kleineren Plumes, die beispielsweise an den mittelozeanischen Rücken emporsteigen, muss noch geklärt werden. Ihr Ziel ist es, letztlich zu belegen, dass die Superpiles möglicherweise die treibende Kraft sogar für das Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangäa gewesen sind.

(Ohio State University, 17.12.2008 – NPO)