Simulierte Magmakammern

Der Vulkanismus beeinflusst tektonische Bruchzonen. Diesen Zusammenhang konnten Geophysiker mittels Computersimulation der Aktivitäten im Yellowstone-Gebiet nachweisen.

Zweimal in den letzten 20 Jahren wechselte die Richtung, in der sich zwei Krustenblöcke an der Teton-Störung im Nordwesten der USA aneinander vorbei bewegten: Diesen untypischen Befund konnte die Bochumer Geophysikerin Andrea Hampel mit einem Kollegen von der Universität Münster jetzt aufklären. Der Wechsel der Bewegungsrichtung wird verursacht durch die wechselnden Druckverhältnisse der unterirdischen Magmakammern im Yellowstone-Nationalpark. Den Zusammenhang konnten die Forscher mittels Computersimulation der tektonisch-magmatischen Aktivität des Yellowstone-Gebiets nachweisen. Ihre Studie ist in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht.

Die weltberühmten Geysire und heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks im Nordwesten der USA sind Anzeiger für Gesteinsschmelzen und zirkulierendes heißes Wasser in der Tiefe. Das Aufsteigen dieser Schmelzen aus dem Erdmantel und ihre Erstarrung führen zu Druckschwankungen im Untergrund, die wiederum zu einer großräumigen zyklischen Hebung und Absenkung der Erdoberfläche führen. Dieses Pulsieren des Yellowstone-Gebiets wurde durch Messungen 1923, 1976 und 1988 erstmals belegt und seit 20 Jahren mit hochmodernen satellitengestützten Vermessungsmethoden dokumentiert. Das Gebiet hebt und senkt sich um mehrere Zentimeter pro Jahr; seit 1976 kehrte sich die Bewegungsrichtung ungefähr alle zehn Jahre um.

Abb.: Der Castle-Geysir im Yellowstone-Nationalpark ist ein Anzeiger für Gesteinsschmelzen und zirkulierendes heißes Wasser in der Tiefe. (Foto: Andrea Hampel)

Dass durch vulkanische Aktivität Bruchzonen („Störungen“) in der Erdkruste entstehen können, ist schon länger bekannt. Ob ältere Bruchzonen tektonischen Ursprungs jedoch auch von solchen magmatischen Prozessen im Untergrund beeinflusst werden, war bislang unklar. Die 70 km lange Teton-Störung befindet sich ca. 20 km südlich des Yellowstone-Nationalparks und ist in den letzten Jahrmillionen durch Dehnung der Erdkruste entstanden. Erst vor rund zwei Millionen Jahren kam der Magmatismus im Yellowstone-Gebiet hinzu. „Auffällig an der Teton-Störung ist, dass sich dort zwei Krustenblöcke aneinander entlang schieben, die innerhalb weniger Jahre immer wieder die Richtung gewechselt haben“, erklärt Andrea Hampel. „Langfristig, d. h. über Tausende von Jahren, überwiegt jedoch die durch Dehnung der Region verursachte Bewegungsrichtung.“

Die Forscher modellierten das Yellowstone-Gebiet inklusive zweier Magmakammern und der Teton-Störung auf der Grundlage geodätischer Daten im Computer und ließen das Pulsieren der Magmakammern virtuell ablaufen. Dabei zeigte sich, dass die Bewegungsumkehr an der Teton-Störung zeitlich mit dem Wechsel zwischen den Druckschwankungen der Magmakammern und damit mit der Hebung und Absenkung des Yellowstone-Gebiets korreliert. „Somit besteht ein enger Zusammenhang zwischen der intensiven magmatischen Aktivität im Yellowstone-Gebiet und aktiven Störungen in der Umgebung“, folgert Andrea Hampel.

Quelle: RUB

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Hampel, A. und R. Hetzel, Slip reversals on active normal faults related to the inflation and deflation of magma chambers: Numerical modeling with application to the Yellowstone-Teton region, Geophys. Res. Lett. 35, L07301 (2008).
  http://dx.doi.org/10.1029/2008GL033226
• Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik der Ruhr-Universität Bochum:
  http://ruhr-uni-bochum.de/en-gruppe
• Ruhr-Universität Bochum (RUB):
  http://ruhr-uni-bochum.de