Die Frage nach dem Ursprung von kontinentaleigenem Material auf inmitten des Ozeans gelegenen Vulkaninseln hat Geowissenschaftler seit langem beschäftigt. Eine neueste Studie, die von Forschern der University of Southampton und des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung durchgeführt wurde, bietet nun eine interessante Erklärung für dieses Phänomen. Durch geochemische Analysen und computergestützte Modellierungen untersuchen die Wissenschaftler, wie und warum sich kontinentales Material auf vulkanischen Inseln befindet, die sich weit entfernt von den Grenzen der Plattentektonik befinden.
Traditionell wurden zwei Haupttheorien zu diesem Thema diskutiert: Eine besagt, dass die kontinentale Materie aus Sedimenten besteht, die recycelt werden, wenn ozeanische Platten in den Erdmantel eintauchen. Die andere Theorie argumentiert, dass diese Materialien aus tiefen Schichten des Erdmantels stammen und durch heiße Aufwinde, auch Mantelplumes genannt, an die Oberfläche transportiert werden. Allerdings scheitern beide Erklärungen, da einige vulkanische Regionen kaum Anzeichen für ein Recycling der Kruste aufweisen, während andere Gebiete zu kühl sind, um von Mantelplumes beeinflusst zu werden.
Die neue Forschung legt nahe, dass beim Auseinanderbrechen von Kontinenten in mehr als hundert Kilometern Tiefe eine instabile Welle entsteht, die als „Mantelwelle“ bezeichnet wird. Diese Welle schabt Material von der Unterseite der Kontinente ab und transportiert es seitlich in den ozeanischen Mantel. Dieses Material kann über Millionen von Jahren hinweg vulkanische Aktivitäten in Ozeanen speisen und somit das kontinentale Gestein auf Vulkaninseln erklären.
Professor Sascha Brune vom GFZ in Potsdam, einer der Mitautoren der Studie, erklärte, dass der Mantel auch lange nach der Trennung der Kontinente die Auswirkungen des Zerbrechens weiterhin „spürt“. Diese dynamischen Prozesse im Mantel setzen sich fort, auch nachdem ein neues Ozeanbecken entsteht. Das bedeutet, dass sich der Mantel weiterhin bewegt und reorganisiert und dabei angereichertes Material über große Entfernungen transportiert.
Die Forschungsteams analysierten geochemische Daten aus unterschiedlichen Regionen, darunter die Seamount-Provinz im Indischen Ozean. Diese vulkanischen Formationen entstanden nach dem Auseinanderbrechen des Superkontinents Gondwana vor über 100 Millionen Jahren. Die Simulationen und chemischen Analysen zeigten, dass kurz nach dem Zerbrechen des Kontinents kontinentales Material in Form von Schmelzen auftauchte, die heute auf ozeanischen Inseln und unter Wasser liegenden Vulkanen zu finden sind. Über die Zeit verblasste dieses chemische Signal, als der Materialfluss aus dem Inneren des Kontinents nachließ – und das ohne Einfluss von Mantelplumes.
Hauptautor der Studie, Professor Thomas Gernon von der University of Southampton, betont, dass Mantelplumes nicht ausgeschlossen werden, jedoch die Ergebnisse auf einen neuen Mechanismus hinweisen. Mantelwellen können kontinentales Material tief in den ozeanischen Mantel transportieren und dabei chemische Spuren hinterlassen, die lange nach dem Zerbrechen der Kontinente sichtbar bleiben.
Diese Erkenntnisse basieren auf vorherigen Arbeiten des Teams, die zeigten, dass Mantelwellen auch innerhalb der Kontinente signifikante Veränderungen bewirken können. Frühere Studien hatten bereits angedeutet, dass diese langsamen, rollenden Bewegungen im Erdmantel in der Lage sind, Diamantvulkanismus auszulösen und Landschaften Tausende von Kilometern von den Grenzen tektonischer Platten zu beeinflussen.
Die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Studie ist ein wichtiger Schritt, um das komplexe Zusammenspiel zwischen Kontinenten und ozeanischen Vulkaninseln besser zu verstehen. Diese neuen Erkenntnisse tragen dazu bei, die geodynamischen Prozesse, die die Erde formen, weiter zu entschlüsseln und zeigen, wie tiefgreifend das Zusammenspiel zwischen verschiedenen geologischen Strukturen ist.
