Hawaii: Studie postuliert tiefen Magmenkörper

  • Eine neue Studie untersuchte die Magmenentstehung alter Laven auf Hawaii
  • Es wurde eine Lavaprobe gefunden, die aus einer frühen Bildungsphase des Kilaueas stammte
  • Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das Magma in mehr als 90 km Tiefe entstanden sein muss
  • Dort gab es einen großen Magmenkörper

Neue Studie enträtselt frühe Magmenbildung auf Hawaii

Während der Kilauea weiterhin aktiv ist und einen Lavasee im Krater Halema’uma’u beherbergt, versuchen Wissenschaftler seine letzten Geheimnisse zu entschlüsseln. Eines dieser Geheimnisse betrifft die Herkunft der tholeiitischen Magmen, aus denen ein großer Teil der Hawaiianischen Vulkane besteht und in der frühen Bildungsphase der riesigen Schildvulkane eruptiert wurde. Bislang gingen viele Forscher davon aus, dass die Magmen durch partielles Schmelzen von festem Gestein im Grenzbereich Erdkruste-Asthenosphäre entstanden, doch es gibt Hinweise darauf, dass in der frühen Zeit des Vulkans ein anderer Prozess am Werk war: fraktionierte Kristallisation. Darauf deuten neue Analysen von Gesteinsproben hin, die an der submarinen Südostseite von Big Island Hawaii gefunden wurden.

Bei der fraktionierten Kristallisation handelt es sich um einen Prozess, bei dem während der Abkühlung eines Magmas die einzelnen Minerale nacheinander kristallisieren und physikalisch vom Magma getrennt werden. Die chemischen Substanzen der kristallisierten Mineralien werden der Schmelze entzogen, wodurch sich der Chemismus des Magmas ändert.

Bereits vor dem Fund der Proben stellten sich die Forscher die Frage, wie die riesigen Schildvulkane Hawaiis entstanden sein sollen. Die beiden bekannte Magmen-Reservoire, die unter dem Vulkan Kilauea entdeckt wurden und in vergleichsweise geringen Tiefen liegen, können nicht soviel Material bereitstellen, um eine so große Insel wie Big Island hervorzubringen. Daher vermutete man bereits vor der neuen Entdeckung, dass es einen wesentlich größeren Magmenkörper unter der Insel geben muss, von dem aus die Eruptionen gespeist werden. Die Energie bezieht der Magmenkörper aus der Hitze eines Mantelplumes. Dieser soll in der frühen Entstehungsphase Hawaiis große Mengen Schmelze zur Erdoberfläche gepumpt haben.

Die Gesteinsprobe aus dem Südosten der Insel stammt aus der Frühphase der Inselbildung, die vor ca. 280.000 Jahren begann. Vor gut 100.000 Jahren durchbrach die Vulkaninsel die Wasseroberfläche. Die Gesteinsprobe wurde vorher eruptiert. Sie enthält vulkanische Mineralien mit einem hohen Anteil an Elementen aus der Reihe der Seltenen Erden. Das Forscherteam um die australische Geologin Laura Miller von der Monash University, führte experimentelle Forschungen durch, bei denen Gesteine synthetisiert wurden, die den gleichen Chemismus wie die seltene Gesteinsprobe hatten. Die synthetischen Gesteine wurden bei Temperaturen von mehr als 1100 Grad Celsius und unter Drücken von mehr als 3 GPa geschmolzen, um dann zu beobachten, wie sich Kristalle aus der Schmelze bilden, wenn diese sich abkühlt und verringertem Druck ausgesetzt wird. Dabei kamen die Forscher zu dem Ergebnis, dass sich die Originalprobe nur unter Bedingung der fraktionierten Kristallisation von Granat gebildet haben kann. Im Erdinneren herrschen solche Bedingungen in einer Tiefe von 90-150 km. Laura Biller schloss daraus, dass sich in dieser Tiefe ein gigantischer Magmenkörper befunden haben muss, in dem die Schmelze entstand, aus der dann die vulkanische Gesteinsprobe wurde.

Die Autorin der Studie meint dazu, dass „dies die derzeitige Sichtweise in Frage stellt, dass die fraktionierte Kristallisation nur ein oberflächlicher Prozess ist, und legt nahe, dass die Entwicklung einer tiefen Magmakammer ein wichtiges frühes Stadium bei der Entstehung eines hawaiianischen Vulkans ist.“

Andere Vulkane in anderen Teilen der Welt, wie der Vesuv, weisen ebenfalls Kristallbildungszeiten auf, die darauf hindeuten, dass sich unter der Oberfläche „langlebige, tiefliegende“ Magmareservoirs verbergen. Doch die ursprüngliche Magmakammer des Kīlauea scheint viel tiefer zu liegen als die meisten anderen.

(Quelle: Nature)

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