24.04.2023

Die Tektonik der Karibik

Modell zeigt Bildung einer neuen Subduktionszone im Atlantik.

Erdbeben und Vulkanismus sind eine Folge von Platten­tektonik. Die Wanderung von tektonischen Platten wiederum wird maßgeblich von der Subduktion angetrieben. Wie es zur Bildung von neuen Subduktions­zonen kommt, ist allerdings umstritten. Ein Beispiel dafür sind die Kleinen Antillen in der Karibik. Eine Gruppe um den Geophysiker Boris Kaus und Nicolas Riel von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz sowie Wissen­schaftler der Universität Lissabon hat nun ein Modell vorgelegt, das die Entwicklungen in der karibischen Region während der Kreidezeit simuliert, als eine Subduktion im Ostpazifik die Bildung einer neuen Subduktions­zone im Atlantik auslöste.

Abb.: Das Abtauchen der beiden Platten im Pazifik und im Atlantik führt in der...
Abb.: Das Abtauchen der beiden Platten im Pazifik und im Atlantik führt in der Karibik zur Bildung eines Mantelplumes und dem Aufstieg von Magma. (Bild: N. Riel)

Die Computersimulation zeigt, wie die Kollision des Alten Karibischen Plateaus mit dem Großen Antillen­bogen zu der Entstehung der neuen atlantischen Subduktions­zone beitrug. Die hierauf folgenden Prozesse führten schließlich vor etwa 86 Millionen Jahren dazu, dass Magma in großen Mengen generiert wurde und die Karibische Magmatische Großprovinz entstand. Boris Kaus und Nicolas Riel versuchten dazu, die geodynamischen Bedingungen zu verstehen, die in der späten Kreidezeit in der Karibik­region geherrscht haben. „Die Karibik ist platten­tektonisch gesehen ein sehr interessanter Ort“, sagt Boris Kaus, Leiter der Arbeitsgruppe Geophysik und Geodynamik an der JGU.

Die karibische Region sei ein natürliches Labor, in dem die Platten­tektonik über Millionen von Jahren zu der Verlagerung einer Subduktions­zone vom Pazifik zum Atlantik geführt habe. Dies ging mit einer enormen magmatischen Aktivität einher, die für die Karibische Magma­tische Großprovinz – abgekürzt CLIP für Caribbean Large Igneous Province – verant­wortlich ist. Heute formt dies das Zentrum der Karibischen Platte. 

Die Forschenden gingen für ihre Computer­simulationen von einem Punkt vor 140 Millionen Jahren aus, als sich die Farallon-Platte, eine ehemalige Großplatte im Ostpazifik, in Richtung Osten unter den südameri­kanischen Plattenrand schob und dadurch das Alte Karibische Plateau Richtung Farallon-Graben bewegte. Vor etwa 135 Millionen Jahren erfolgte dann die Kollision des Alten Kari­bischen Plateaus mit der Proto­karibischen Platte. Die Simulationen zeigen, dass die Subduktion der Farallon-Platte dadurch vorrübergehend unterbrochen wurde und die Subduktion der Proto­karibischen Platte begann. Es folgen weitere Prozesse im Verlauf von rund 50 Millionen Jahren, darunter die erneute Subduktion der Farallon-Platte am westlichen Ende des alten Plateaus, Bildung eines Mantelplumes und Übergang des Großen Antillen­bogens auf die zurückweichende Proto­karibische Platte.

„Mithilfe der Computer­simulation können wir den Prozess physikalisch besser verstehen“, sagt Nicolas Riel. „Das Ergebnis hat uns überrascht. Wir können jetzt zeigen, dass vor 90 bis 86 Millionen Jahren die erneute Subduktion der Farallon-Platte einen Teil des Mantels nach oben gezwungen und einen Plume getriggert hat. Dadurch wurde sehr viel Schmelze produziert.“ Dieses geschmolzene Gesteins­material trug dazu bei, dass die Karibische Platte auf eine Stärke von bis zu 22 Kilometer anwuchs und damit acht bis zehn Kilometer dicker ist als gewöhnliche ozeanische Kruste. Bisher wurde angenommen, dass der Mantelplume die Erneuerung der Subduktion der Farallon-Platte ausgelöst hat.

„Wir sind in der einmaligen Situation, dass wir hier Simulationen durchführen können, die sehr realistisch sind“, sagt Boris Kaus zu dem Ergebnis. Sein Team kann als eine der wenigen Gruppen weltweit mithilfe von Supercomputer­modellen testen, ob die physika­lischen Annahmen plausibel sind – und so erforschen, wie die Platten­tektonik in der Karibik verlaufen ist. Für die aufwendigen Berechnungen steht den Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftlern der Supercomputer MOGON II zur Verfügung, der von der JGU und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM) betrieben wird und zu den leistungs­fähigsten Computern weltweit zählt.

JGU Mainz / JOL

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