Ein Knick in der Tektonik - Wie Hawaii um die Ecke gebracht wurde

   
Wie Perlen reihen sich mehr als 80 unterseeische Vulkane und eine Vielzahl von Inseln entlang der Hawaii-Emperor-Kette. Ein deutlicher Knick in der Mitte ist der einzige Schönheitsfehler. Lange wurde diese Besonderheit mit einem Richtungswechsel der Pazifischen Kontinentalplatte bei ihrer Wanderung über einen stationären Hotspot - also einen scheinbar ortsfesten Vulkan im Erdinneren - erklärt. Nach den Ergebnissen eines internationalen Forscherteams, dem auch der LMU-Geophysiker Hans-Peter Bunge angehört, war der für die Hawaii-Emperor-Kette verantwortliche Hotspot aber nicht fixiert, sondern bewegte sich deutlich nach Süden. Vor fast 50 Millionen Jahren blieb er schließlich stehen, während sich die Pazifische Platte auch weiterhin gleichmäßig voranschob - was in Kombination den markanten Knick erzeugte. Die Bewegungen von Hotspots beruhen auf Zirkulationen im Erdmantel. "Diese Vorgänge sind nicht nur von akademischen Interesse", betont Bunge. "Mantelzirkulationsmodelle helfen, die Kräfte zu verstehen, die auf tektonische Platten wirken. Das ist wiederum essentiell für die Einschätzung der Stressentwicklung an großen tektonischen Verwerfungen, also der Quelle vieler großer Erdbeben."

Der ausgeprägte Knick in der Spur der rund 5.000 Kilometer langen Hawaii-Emperor-Kette ist eine der markantesten topografischen Erscheinungen auf der Erde und ein bestimmendes Merkmal bei Darstellungen des pazifischen Meeresbodens. Lange wurde die Entstehung der Hawaii-Emperor-Kette mit einer 80 Millionen Jahre dauernden Wanderung der Pazifischen Kontinentalplatte über einen Hotspot hinweg erklärt. Hotspots sind tief im Erdinneren verwurzelte Vulkanen, aus denen konstant heißes Material an die Oberfläche drängt. Der Knick sei nach diesem veralteten Szenario entstanden, als die Pazifische Kontinentalplatte relativ abrupt ihre Richtung änderte.

In den letzten 30 Jahren haben sich Geophysiker auch bei der Definition eines globalen Referenzsystems für Plattentektonik auf die scheinbar unveränderliche Lage der Hotspots im Erdmantel verlassen. Doch jüngere Untersuchungen ließen vermuten, dass Hotspots weniger ortsfest sind als bislang angenommen. Ein internationales Forscherteam, dem auch Hans-Peter Bunge vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München angehört, untersuchte nun die Hinweise auf eine deutliche Eigenbewegung der unterirdischen Vulkane - und kann diese nun bestätigen.

"Auch paläomagnetische Beobachtungen legen nahe, dass der Knick der Hawaii-Emperor-Kette keine Folge einer Änderung in der Relativbewegung der Pazifischen Platte ist", so Bunge. "Im Gegenteil, es scheint, als hätte sich der Hotspot zwischen 80 und 40 Millionen Jahren einer stark südwärts gerichteten Eigenbewegung unterzogen, bevor er zu einem kompletten Halt kam." Wird die Spur des Hotspots für diese Eigenbewegung korrigiert, so ergibt sich eine über die letzten 80 Millionen Jahre weitgehend konstante Bewegung der pazifischen Platte. In Kombination mit dem langsamer werdenden Hotspot entstand schließlich der Knick.

Treibende Kraft einer Wanderung der Hotspots ist die Zirkulation von Materie unter der Oberfläche unseres Planeten. "Das Erdinnere ist in konstanter Bewegung", berichtet Bunge. "Über geologische Zeiträume hinweg ist diese Bwegung den Wettermustern unserer Atmosphäre vergleichbar. Diese Muster können leicht zu einer Lageänderung von Hotspots führen. Numerische Simulationen der globalen Zirkulation im Erdmantel erlauben uns heute diese Bewegung in nie zuvor gekanntem Detail nachzuvollziehen."

Die neuen Daten sollen nun auch in Modelle zur Mantelzirkulation einfließen. Denn diese Berechnungen helfen bei der Erklärung der antreibenden und bremsenden Kräfte, die auf tektonische Platten wirken. "Und diese Kräfte müssen wir verstehen, weil sie essentiell sind für die Einschätzung der Stressentwicklung an großen tektonischen Verwerfungen - also der Quelle für viele große Erdbeben auf unserem Planeten", sagt Bunge. Die daraus folgenden Erkenntnisse werden den Wissenschaftlern ermöglichen, ihre Computermodelle zu verbessern, indem sie die Berchnungen anhand von Beobachtungen überprüfen.

Ludwig-Maximilians-Universität München


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  John Tarduno, Hans-Peter Bunge, Norm Sleep, Ulrich Hansen, "The Bent Hawaiian-Emperor Hotspot Track: Inheriting the Mantle Wind", Science, 324, 5923, 50 - 53 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1161256
• Weiterführende Informationen zu den Kalkulationen:
  http://www.earthmodels.eu
• Hans-Peter Bunge, Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU:
  http://www.geophysik.uni-muenchen.de/Members/bunge

AL