Schlafendes Monster
Der schlummernden Yellowstone-Vulkan offenbart seine wahre Größe
Der Yellowstone-Vulkan im US-Staat Wyoming hat tiefere Wurzeln als bisher gedacht: Neue Messungen enthüllen, dass sich unter dem Supervulkan ein ausgedehnter Rüssel aus teilweise geschmolzenem Gestein befindet, der einige hundert Kilometer tief in den Erdmantel reicht. Das fanden Forscher um Michael Zhdanov von der University of Utah heraus, indem sie den Untergrund mit einem elektromagnetischen Verfahren durchleuchteten. Sie identifizierten eine Zone mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.
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Bereits 2009 hatte ein anderes Team die Erdkruste und den Erdmantel unterhalb des Yellowstone-Kraters mit Erdbebenwellen durchleuchtet. Dabei stellte sich heraus, dass sich sechs bis zehn Kilometer unter dem 60 Kilometer großen Krater eine bananenförmige Magmakammer befindet. Die Messungen zeigten außerdem, dass dieses Reservoir von einem so genannten Mantelplume gespeist wird. In solchen pilzförmigen Gebilden steigt heißes Gestein aus dem Erdmantel bis zur Oberfläche und speist dort Vulkane inmitten einer tektonischen Platte, wie zum Beispiel auch in Hawaii oder Island.
Der Mantelplume unterhalb des Yellowstone-Kraters reicht mindestens 600 Kilometer tief, zeigten die seismologischen Messungen. Der Rüssel aus geschmolzenem Gestein geht allerdings nicht senkrecht nach unten, sondern taucht mit einem Winkel von etwa 60 Grad in Richtung Westen in den Erdmantel ab. Die Forscher errechneten, dass das Gestein in dem Plume etwa 120 Grad Celsius heißer ist als in der Umgebung, und dass etwa zwei bis drei Prozent davon geschmolzen sind.
Die elektromagnetischen Messungen belegen nun, dass die magmahaltige Zone noch weit größer ist als zunächst angenommen. Mit Hilfe elektromagnetischer Wellen mit großer Wellenlänge entdeckten die Forscher eine ausgedehnte Zone mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Ihrer Meinung nach wird diese gute Leitfähigkeit durch teilweise geschmolzenes Gestein und salziges Grundwasser hervorgerufen. "Die Leitfähigkeit ist sehr hoch, vergleichbar mit Meerwasser", sagt Zhdanov. Von der Oberfläche aus gesehen erstreckt sich diese Schwächezone demnach mindestens 600 Kilometer weit vom Krater aus in Richtung Westen. Sie taucht in einem Winkel von etwa 40 Grad ab, umfasst also auch flachere Gebiete als es die Erdbeben-Daten zeigen. Mit dem jetzt verwendeten Verfahren, der Magnetotellurik, kann man allerdings nur etwa 200 Kilometer tief in die Erdkruste blicken.
Dass die beiden Verfahren unterschiedliche Bilder ergeben, liege daran, dass sie verschiedene physikalische Eigenschaften der Erde messen, erläutert Zhdanov: "Es ist, als würde man ein Ultraschall-Bild des menschlichen Körpers mit einem MRT-Scan vergleichen", sagt er. Im Großen und Ganzen bestätigen die Magnetotellurik-Messungen aber die Plume-Geometrie aus den seismischen Messungen, meinen die Forscher.
Der Yellowstone-Plume ist Theorien zufolge vor ungefähr 12 Millionen Jahren unter den amerikanischen Kontinent gewandert. Durch den Magmarüssel gelangt seitdem immer wieder heißes Gestein bis zur Oberfläche. Dadurch ereigneten sich mehr als ein Dutzend gewaltiger Eruptionen, die teils mehr als tausendmal so viel Lava in die Luft schleuderten wie der Ausbruch des Mount St. Helens im Jahr 1980. Zuletzt explodierte der Yellowstone vor 600.000 Jahren. Im Vergleich mit Ozean-Plumes wie Hawaii ist der Yellowstone dennoch vergleichsweise kalt und schwach, berichtete ein Forscherteam bereits 2009. Doch obwohl das heiße Plume-Gestein nur einen relativ geringen Auftrieb erzeugt, hat es die Erdoberfläche auf einem Gebiet mit einem Durchmesser von 400 Kilometern 500 Meter in die Höhe gedrückt.
Michael Zhdanov (University of Utah, Salt Lake City) et al.: Geophysical Research Letters im Druck, doi:10.1029/2011GL046953
wissenschaft.de - Ute Kehse
