Yellowstone-Vulkan: doch ein Mantelplume?

Der Yellowstone-Vulkan in den USA hat das Potenzial eine Supervulkan-Eruption zu erzeugen, die das Ende der menschlichen Zivilisation einläuten könnte. Daher wird der gigantische Calderavulkan systematisch überwacht. Bei Geowissenschaftlern ist er ein beliebtes Studienobjekt und die Medien thematisieren und dramatisieren die Geschehnisse dort gerne. So erschien jüngst ein neuer Studienbericht bei Nature Geoscience. Die Autoren der Studie sind Peter Nelson und Stephen Grand von der University of Texas in Austin. Sie gingen der Frage nach, woher das Magma stammt, welches den Yellowstone-Vulkan speist.

Es gibt 3 Theorien, die in der Fachwelt kontrovers diskutiert werden. Die klassische Hypothese ist die Hot Spot Theorie, die einen Mantelplume postuliert. Dieser ortstabile Magmaschlauch soll von der Grenze Erdmantel-Erdkern aus aufsteigen und sich wie ein Schweißbrenner durch die Lithosphäre (Erdkruste) brennen. Solche Mantelplumes sind für viele Intraplattenvulkane typisch. Normalerweise entsteht über Mantelplumes eine ganze Vulkankette, da die Erdkruste über den Mantelplume hinweg wandert. Typische Vertreter dieser Vulkanart sind die Vulkane auf Hawaii, oder auf La Réunion. Die Crux liegt nun darin, dass Hot Spot Vulkane normalerweise basaltisches Magma fördern, und dass die Magma-Art des Yellowstone-Vulkans am anderen Ende des chemischen Spektrums angesiedelt ist.

Daher kam in den letzten Jahren eine andere Theorie auf, welche eher imstande ist, das rhyolithische Magma zu erklären, das bei den großen Eruptionen des Yellowstone-Vulkans gefördert wurde. Demnach soll das Magma von einem Teil des Pazifikbodens stammen, welcher vor der Westküste der USA subduziert wird und in einem extrem flachen Winkel abtaucht. So legt das Stück ozeanische Kruste die Strecke bis unter dem Yellowstone zurück, wo es zum partiellen Schmelzen kommt. Diese Theorie wurde dadurch gestützt, dass man mit Hilfe seismischer Tomographie die vermeintliche ozeanische Kruste im Untergrund ausfindig gemacht hat.

Eine 3. Theorie vereint die beiden vorherigen Konzepte und geht davon aus, dass ein Mantelplume von der subduzierten Kruste im Erdmantel geblockt wird. Es dauert viele Hunderttausend Jahre, bis sich das basaltische Magma durch die subduzierte Kruste brennt und bis so genug Magma in die Magmakammer geströmt ist, dass sich eine Supervulkan-Eruption ereignen kann.

Den Autoren der neuen Studie ist es nun gelungen handfeste Hinweise auf die Existenz eines Mantelplumes zu entdecken. Nelson und Grand werteten Daten von mehr als 500 seismischen Messstationen aus, welche sich über die USA erstrecken. Laufzeitunterschiede der Erdbebenwellen geben Hinweise auf unterschiedliche Materialeigenschaften des Untergrunds. Mithilfe dieser Daten konnte ein Modell des Erdmantels generiert werden, welches von der Grenze des Erdkerns bis zum oberen Erdmantel reicht. Die Forscher entdeckten unter dem Yellowstone eine 350 km mächtige Anomalie von zylindrischer Form, welche sich erstmalig bis zur 2600 km tief gelegenen Grenze zum Erdkern verfolgen ließ. Allerdings verläuft diese Anomali nicht senkrecht, sondern schräg. Wenn diese Anomalie tatsächlich den Mantelplume zeigt, dann findet er seinen Ursprung im Grenzgebiet zwischen Kalifornien und Mexiko. Dort ist das Mantelgestein um bis zu 850 Grad heißer als normal. Der Mantelplume steigt in nordöstlicher Richtung auf. Doch wie kann ein Mantelplume über solche Distanzen schräg verlaufen? Bei einem so großen Temperaturunterschied ist das heiße Mantelgestein des Plumes weniger dicht und müsste wie eine Luftblase in einer Wasserflasche senkrecht aufsteigen. Ist die Konvektion im Erdmantel so stark, dass sie das aufsteigende Material im Mantelplume derart ablenkt? Die neue Studie bringt mehr neue Fragen, als Antworten. Ich denke, die Geheimnisse des Yellowstone-Vulkans sind noch lange nicht entschlüsselt.