Neue Studie identifiziert seismische Mantelschwellen als Knotenpunkte des Magmentransports unter Hawaii
Die Vulkane auf Hawaii zählen zu den am besten erforschten Feuerbergen der Welt. Dennoch sind ihre Geheimnisse noch nicht komplett entschlüsselt. Geowissenschaftler versuchen immer noch zu verstehen, wie der Magmentransport in größeren Tiefen funktioniert. Die beiden aktiven Vulkane Mauna Loa und Kilauea scheinen über ein gemeinsames Magmen-Transportsystem zu verfügen, was auch nicht weiter verwundert, werden sie doch von einem gemeinsamen Hotspot gespeist, der für die Entstehung aller Inseln Hawaiis verantwortlich ist. Der gängigen Theorie nach wandert die Ozeankruste über diese ortsstabile Mantelplume hinweg, wodurch eine vulkanische Inselkette entsteht. Aktiv sind immer nur die jüngsten Vulkane dieser Kette. Im Fall von Hawaii sind 3 Vulkane aktiv: Mauna Loa, Kilauea und der Kama’ehuakanaloa (früher Loihi) Seamount. Jetzt ist es Forschern gelungen, einem unterirdischen Magmen-Speicher- und Transportsystem ein Stück weit auf die Schliche zu kommen. Dabei half die Analyse eines ungewöhnlich intensiven Schwarmbebens, dass hier auf vulkane.net öfters im Fokus der Berichterstattung stand: die Rede ist von den Beben bei Pāhala, einem Küstenort auf der unteren Südflanke des Vulkans Kilauea.
Seit dem Ende der Leilani-Eruption im Jahr 2018, bei der es sich um die größte Eruption auf Hawaii seit 200 Jahren gehandelt hatte und es zum Kollaps der Gipfelcaldera kam, manifestierten sich in der Nähe von Pāhala fast 200.000 schwache Erdbeben. Diese Erdbeben analysierten die Forscher mit Hilfe von Deep-Learning-Algorithmen und konstruierten Computermodelle des Untergrunds. Bei den Erdbeben handelte es sich überwiegend um vulkanotektonische Erschütterungen und um langperiodische Erdbeben, die sich in Tiefen zwischen 36 und 51 km abspielten und damit bereits in einem Teil der Asthenosphäre lagen, der von den Wissenschaftlern der Studie dem oberen Erdmantel zugeordnet wurde. Tatsächlich soll die aktive Mantelplume des Hotspots bei Pāhala liegen.
Mithilfe der Erdbeben konnten die Wissenschaftler 2 seismische Hauptkörper unterscheiden. Der obere Komplex liegt in einer Tiefe von 36-43 km und wird überwiegend durch vulkanotektonische Erdbeben definiert. Der zweite Körper erstreckt sich in einer Tiefe von 45-51 km. In ihm finden hauptsächlich die langperiodischen Beben statt. Dort gibt es auch Tremorquellen, von denen man annimmt, dass sie von Magmenbewegungen im Mantelplume stammen. Im oberen Körper identifizierten die Forscher anhand der Erdbeben horizontale Platten, die jeweils von 500 m dicken Zonen getrennt sind, in denen es weniger Erdbeben gab. Einzelne Platten messen bis zu 6 km mal 5 km und haben eine Mächtigkeit von bis zu 300 m. Die Platten fallen in einem Winkel von 25 Grad nach Westen ein. Sie sind nicht alle wie Pfannekuchen übereinander gestapelt, sondern sind seitlich ein wenig versetzt, sodass sie sich über eine Fläche von 17 km erstrecken. Die Forscher bezeichnen diese Struktur als Mantelschwellen bzw. als Pāhala-Sill-Komplex. Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass dieser Mantelschwellenkomplex ein Knotenpunkt für den Magmatransport unter Hawaii ist und deuten außerdem auf eine weit verbreitete magmatische Konnektivität im Vulkansystem hin. Vom Pāhala-Sill-Komplex ausgehend konnten die Forscher weitere seismische Zonen verfolgen, entlang derer sich die Magmen zu den einzelnen Vulkanen verteilen. Das Prominenteste ist das 25 km lange Pāhala-Mauna Loa-Seismizitätsband, entlang dem ein unterirdischer Magmenstrom bis in einer Tiefe von 10 km verfolgt werden konnte, der ca. 20 km südlich des Mauna Loa-Gipfels in einen Magmenkörper mündet.
(Quelle: Science. Autoren der Studie: JOHN D. WILDING, WEIQIANG ZHU, ZACHARY E. ROSS, JENNIFER M. JACKSON) 