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Herabtropfende Kruste

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 10.04.2015 14:53

Die meisten Vulkane der Erde finden sich unmittelbar an den Kollisionszonen der Krustenplatten - etwa am pazifischen Feuerring, wo ozeanische Platten unter diversen Kontinenten ins Erdinnere absinken. Oder sie liegen wie Hawaii über einem gewaltigen Puls von heißem Gestein, der den Erdmantel durchschneidet, einem so genannten Plume. Doch es gibt auch ein paar Ausnahmevulkane, die fern von irgendwelchen Subduktions- oder Schwächezonen ausbrechen. US-Geowissenschaftler haben jetzt eine interessante Erklärung gefunden.

Blick von der Sierra Nevada in das Große Becken des US-Westens. (Foto: NSF/J.D. West)Rund 70 Kegel bilden die Vulkangruppe des Kunlun Shan im Nordwesten Tibets, das sie wie eine Mauer gegen die westchinesische Region Xinjiang abschirmen. Die Berge sind ein vulkanologisches Unikum, denn sie sind sehr jung und deshalb unabhängig von der epischen Kollision zwischen Indien und Eurasien entstanden, die den Himalaya aufgefaltet und das Hochland von Tibet emporgehoben hat. "In Tibet ist hat sich die Krustenplatte durch die Kollision immens verdickt, deswegen ist es wirklich merkwürdig, dass es gerade in dieser dicken Kontinentalplatte Vulkanismus gibt", sagt die Geophysikerin Linda Elkins-Tanton von der Arizona State University in Tempe.

Die Sierra Nevada im Westen der USA. (Foto: NSF/J.D. West)Die meisten Vulkane gibt es in der Nähe von Subduktionszonen, wo in der Regel eine dünne ozeanische Krustenplatte unter einer dickeren, leichteren Kontinentalplatte ins Erdinnere absinkt. Beim Absinken schmilzt das wasserreiche Krustenmaterial, drängt durch Risse in der oberen Platte in Richtung Erdoberfläche und speist die Magmenkammern. Typischerweise liegen diese Vulkane ein paar Dutzend Kilometer hinter der Kollisionszone, doch im Fall des Kunlun Shan ist diese Zone ungefähr 1.000 Kilometer entfernt. Die tibetischen Kegel sind beileibe nicht die einzigen. "In der Sierra Nevada gibt es solche Phänomene, in Ostafrika ebenso wie im peruanisch-chilenischen Altiplano", berichtet Elkins-Tanton. Zusammen mit anderen Geowissenschaftlern hat sie aus einer Idee aus den 1990er Jahren ein Modell entwickelt, warum sich Vulkane wie die des Kunlun Shan trotzdem so weit entfernt von Plattenrändern aufbauen können.

Hauptrolle spielt dabei ein tektonischer Mechanismus, der ganz anders funktioniert als die Plattentektonik, die die Oberflächenplatten der Erde bewegt. "Manchmal wird es unter einer Kontinentalplatte so heiß, dass sich der untere Teil ablöst und hinunter in den Erdmantel tropft", erklärt die US-Wissenschaftlerin das Prinzip. Ein solches Abtropfen des Kontinentkiels könnte erklären, warum die Kruste unter dem Hochland von Tibet nur maximal 70 Kilometer dick ist. Das ist zwar unter Kontinentalplatten ein Spitzenwert, allerdings haben geophysikalische Berechnungen ergeben, dass die Wucht der Kollision von Indien und Eurasien eine rund doppelt so dicke Kruste hätte produzieren müssen. Das abtropfende Krustenmaterial ist trotz aller Hitze kälter und dichter als das umgebende Mantelgestein und unterscheidet sich deshalb mindestens genauso stark von ihm wie ein Wassertropfen von der Luft. Das ist der Grund, warum es für lange Zeit als kompakte Einheit zusammenbleibt und immer tiefer sinkt.

Das Hochland von Tibet und die umgebenden Gebiete. (Bild: Wikipedia)Der Vulkanismus entsteht, wenn das vergleichsweise kalte Material schließlich doch schmilzt und emporsteigt. "Unser Modell zeigt, dass sich das herabgetropfte Material gerade unter wachsendem Druck verflüssigt, wenn es nur ein bisschen Wasser oder Kohlenstoff enthält", so Elkins-Tanton, "das ist genau andersherum wie an Subduktionszonen oder über Mantelplumes." Dort verflüssigt sich das Material erst, wenn beim Aufstieg der Druck schwindet. "Wir haben den Mechanismus inzwischen anhand der Magmenzusammensetzung an vier Orten überprüft", sagt Elkins-Tanton, "in Tibet und im Altiplano, in der Sierra Nevada und in Tansania."

Der "Tropfvulkanismus" könnte auch eine Erklärung für einige andere tektonische Rätsel liefern. So suchen Geowissenschaftler weiterhin nach einem Mechanismus, mit dem die frühe Erde ihre interne Hitze reduzierte, bevor die Plattentektonik einsetzte. "Das Abtropfen der Kruste könnte das Innere gekühlt haben", meint die US-Wissenschaftlerin, "als es noch zu heiß für die Plattentektonik war." Die Transportleistung eines lokal begrenzten Abtropf-Systems ist natürlich wesentlich geringer als die weltumspannenden Förderbänder, die heutzutage den Energiehaushalt unseres Planeten regulieren, doch für den Anfang mag es gereicht haben.

Auch der Vulkanismus auf der Venus könnte auf diese Art funktionieren. Der Schwesterplanet der Erde ist viel zu heiß, als dass es auf ihm Plattentektonik geben könnte, dennoch hat die US-Raumsonde Venus Express Anzeichen für ziemlich jungen, nämlich nur wenige Jahrtausende alten Vulkanismus gefunden. Elkins-Tanton: "Wir wissen, dass die Venus immer noch ein bisschen aktiv ist, und das könnte man mit unserem Modell von lokal begrenzten Krustentropfen erklären."

Die Berge des Kunlun Shan von Tibet aus gesehen. (Foto: Wikipedia)