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Was unter dem Yellowstone-Vulkan passiert

Ausschnitt aus der Interpretation aus seismischen Wellen (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger).
Modellergebnis der Lokation und Tiefe des "Mantel Plumes" unter dem Yellowstone-Nationalpark (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger).
Modellergebnis der Lokation und Tiefe des "Mantel Plumes" unter dem Yellowstone-Nationalpark im Profilschnitt (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger).
Links: Interpretationen aus seismischen Wellen zum "Mantel Plume" unter dem Yellowstone-Nationalpark. Die Kreise markieren Überreste der alten Yellowstone Krater (Calderen), was darauf hindeutet, dass sich die kontinentale Kruste nach Westen bewegt hat (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger). Rechts: Interpretationen aus seismischen Wellen. Der “Mantel Plume” unter dem Hot Spot ist gekippt und hat seinen Ursprung unter der Baja California (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger).

Der Yellowstone-Nationalpark in den USA ist mit seinen Geysiren und heißen Quellen eine große Attraktion für Touristen. Inbesondere in nachrichtenarmen Zeiten richtet sich der mediale Fokus aber gerne auf den Supervulkan Yellowstone, der das letzte Mal vor rund 630.000 Jahren ausgebrochen ist. Spätestens dann wird die Frage nach den zugrunde liegenden geologischen Strukturen gestellt. Eine aktuelle Studie von Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum und Kollegen in den USA hilft, die Vorgänge im Erdinneren besser zu verstehen. Die Arbeit erscheint demnächst im Fachjournal „Geochemistry, Geophysics, Geosystems“ der American Geophysical Union. Sie beruht auf der Modellierung des Erdmantels.

Demnach liegt unter dem Yellowstone-Vulkan ein so genannter Mantel Plume: eine schlotähnliche Struktur, die tausende Kilometer tief an die Grenze von Erdkern und Erdmantel reicht. Der Ursprung des Plumes liegt unter der „Baja California“, mehr als tausend Kilometer südwestlich des Nationalparks. Auswertungen von Erdbebenwellen hatten bereits so etwas vermuten lassen, aber die Vorstellung eines solchen „Mantel Plumes“ passte nicht zu der Bewegung der Lithosphärenplatten.

Klar ist, dass es sich beim Yellowstone um einen so genannten Intraplattenvulkan handelt. Die meisten Vulkane auf der Welt befinden sich an den Grenzen von Kontinentalplatten, entweder da, wo Material aus dem Erdinneren emporquillt wie am mittelatlantischen Rücken, oder da, wo eine Kontinentalplatte unter die andere abtaucht und schmilzt, wie es entlang der gesamten südamerikanischen Westküste der Fall ist. Im Gegensatz zum Plattenrand-Vulkanismus geht der Intraplattenvulkanismus auf „Hotspots“ unter der Erdkruste zurück. Das kann man sich vorstellen wie einen Schweißbrenner, der von unten die Gesteinsplatte aufschmilzt – dort, wo quasi ein Loch durchgebrannt wird, erwächst ein Vulkan. Auf diese Weise entstand beispielsweise Hawaii.

Die seismischen Daten für Yellowstone lieferten allerdings lange Zeit kein klares Bild. Das hat sich durch neue Daten und verfeinerte Messmethoden geändert, wodurch der tiefere Teil des Plumes in einer tomographischen Aufnahme abgebildet werden konnte. Es blieben jedoch Lücken im oberen Mantel. Die Daten waren hier nicht so eindeutig. Diese Lücken füllt die Studie aus dem GFZ nun mit einem Modellierungsergebnis, das den Mantel Plume konsistent mit den Beobachtungsdaten abbildet. Demnach gibt es Bewegungen des zähplastischen Gesteins im unteren Erdmantel, die sich relativ zur Oberfläche nach Südsüdwesten ziehen. Wie die Rauchfahne eines Dampfers zieht sich der Plume dadurch von der Baja California nach Nordnordosten zum Yellowstone Vulkan. Bernhard Steinberger: „Unsere Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Intraplattenvulkanismus bei und stützt die Hypothese eines tiefen Mantel Plumes. Für die Risikoabschätzung des Yellowstone Vulkans hat das aber keinerlei Auswirkungen.

Originalstudie: B. Steinberger P.L. Nelson, S.P. Grand, W. Wang, 2019: “Yellowstone plume conduit tilt caused by large‐scale mantle flow”. Geochemistry, Geophysics, Geosystems; DOI: 10.1029/2019GC008490 (akzeptierte und begutachtete Version, im Druck)

Abbildungen:
Die Modellergebnisse zeigen eine hohe Ähnlichkeit mit Interpretationen aus seismischen Wellen. Die Kreise markieren Überreste der alten Yellowstone Krater (Calderen), was darauf hindeutet, dass sich die kontinentale Kruste nach Westen bewegt hat. Der “Mantel Plume” unter dem Hot Spot ist gekippt und hat seinen Ursprung unter der Baja California (CC BY 3.0: Bernhard Steinberger).

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Bernhard Steinberger
Sektion Geodynamische Modellierung
Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: 0331 288-1881
E-Mail: bernhard.steinberger@gfz-potsdam.de

Medienkontakt:
Josef Zens
Leiter Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1040
E-Mail: josef.zens@gfz-potsdam.de

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