Magmawanderung im Grabenbruch
In Riftzonen kann Magma quer durch das Gestein strömen und viele Kilometer von der Quelle zutage treten.
An kontinentalen Grabenbrüchen, sogenannten Riftzonen, wie beispielsweise in Ostafrika oder dem Oberrheingraben, tritt häufig Vulkanismus auf. Geowissenschaftler stoßen dabei auf ein Problem: Während die Magmaquellen in der Tiefe unterhalb des Zentrums des Grabens liegen, treten die Aufstiegskanäle oft viele Kilometer außerhalb der Grabenschultern an die Oberfläche und bilden dort Vulkane. Die Ursache dafür war bisher unbekannt. Wie ein Wissenschaftlerteam des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ nun zusammen mit Forschern der Universitäten von Southampton (UK) und Roma Tre (Italien) zeigen konnte, ändert sich das Spannungsmuster in der Erdkruste, wenn die Erdkruste innerhalb eines Graben ausdünnt und damit gewichtsbedingt entlastet wird. Dadurch wird das aus der Tiefe aufsteigende Magma in Gänge gesteuert, die schräg von den Magmaquellen in der Riftzone nach oben abzweigen und erst kilometerweit von der Achse des Grabenbruchs entfernt in die Oberfläche treten.
Abb.: Neu entstandener Bruch aufgrund von Magmaintrusion während des Rift-Ereignisses vom September 2005 im Dabbahu-Segment des Afar-Rrifts (Bild: D. Keir, Univ. of Southampton)
Die Geowissenschaftler verwendeten ein numerisches Modell zur Simulation der Bildung solcher Magmagänge. So konnten sie die bislang unbekannte Auswirkung der Änderung der Topographie der Bruchzone auf die Bahn des Magmaaufstiegs während der Riftbildung nachbilden. Die Modellrechnungen unterfütterten sie mit realen Daten, erläutert GFZ-Forscher Francesco Maccaferri: „Unser Modell zeigt, dass Vulkanismus an Spreizungszonen auf zwei unterschiedliche Arten auftreten kann. Im Fall von flachen, breiten Grabenbrüchen tritt das Magma direkt oberhalb der tiefsitzenden Magmaquelle an der Erdoberfläche aus, während im Fall von tiefen, schmalen Grabenbrüchen das Magma außerhalb der Grabenschultern austritt.“ Da der Aufstiegsweg des Magmas im zweiten Fall anfänglich fast horizontal erfolgt, kann es im Extremfall bereits in der Kruste erstarren, ohne dass Vulkanismus an der Erdoberfläche sichtbar wird, wie Beobachtungen von Grabenbrüchen weltweit zeigen.
Dabei bleibt der Vorgang nicht statisch: „Falls die tektonische Beanspruchung durch die Dehnung der Kruste ausreichend lange anhält und die Spreizungszone ein gewisses Reifestadium erreicht, lagern sich die horizontalen Magma-Intrusionen schließlich auch in der flacheren Kruste ab. In diesem Fall sagt unser Modell richtigerweise voraus, dass sich weitere Magma-Intrusionen senkrecht orientieren und entlang der Spreizungsachse ausbreiten“, erklärt Eleonora Rivalta vom GFZ die Ergebnisse.
Abb.: Schematische Abbildung der Entstehung von Vulkanen seitlich von Grabenbrüchen (Bild: R. Milkereit, GFZ)
Grabenbrüche gehören zu den wichtigsten tektonischen Erscheinungen unseres Planeten. Sie bilden sich entweder durch Dehnung im Innern großer tektonischer Platten oder an Stellen, wo Platten auseinanderdriften. Die Oberflächenmorphologie von Grabenbrüchen wird durch Bruchlinien und Absenkungen im Gelände bestimmt sowie durch Vulkane, die entweder direkt in der Bruchzone oder an deren Rändern entstehen. Bereits seit Jahrzehnten studieren Forscher die Entstehung von Magma unterhalb der Riftzonen sowie die Rolle der Magmakammern beim Auseinanderdriften der Platten. Jedoch ist noch weitgehend unbekannt, welche Größen und Faktoren die räumliche Verteilung der Vulkane an der Oberfläche und das Verhältnis von Intrusionen zu Ausbrüchen steuern. Die jetzt vorgelegten Ergebnisse ermöglichen einen neuen Ansatz zur Erforschung von Riftzonen.
GFZ / DE
