Was passiert in Backarcs hinter Vulkanbögen? Ein neues Modell bringt Licht ins geologische Dunkel
Wer sich schon einmal gefragt hat, warum die Landschaften hinter Vulkanbögen so unterschiedlich aussehen fand bisher keine einfache Antwort. In den sogenannten Backarc-Regionen können sich Gebirge auftürmen, oder Becken absenken, während wiederum andere Region tektonisch ruhig bleiben und keine morphologischen Auffälligkeiten zeigen, obwohl sie sich alle in der Nähe aktiver Vulkanketten befinden. Was all diese Backarc-Regionen verbindet, ist jedoch eine auffällige Gemeinsamkeit: Sie weisen oft einen besonders hohen Wärmefluss und eine ungewöhnlich dünne Lithosphäre auf – und das oft weit entfernt vom Vulkanbogen selbst. Woher kommen diese Anomalien?
Diese Frage beschäftigt Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler seit Jahrzehnten. Bisher entwickelte man komplexe Modelle wie Mantelkonvektionen, die die Lithosphäre ausdünnen und Störungssysteme, die bis in den Erdmantel hinab reichen. Ein neues geophysikalisches Modell liefert nun eine überraschend einfache Erklärung und bringt frischen Wind in eine alte Debatte.
Vulkanbögen entstehen dort, wo ozeanische Erdplatten unter Kontinente abtauchen, oder wo sich eine Ozeanplatte unter eine andere schiebt – ein Prozess der uns als Subduktion bekannt ist. Dabei schmilzt ein Teil des abtauchenden Gesteins, Magma steigt auf, und hinter der Subduktionszone entstehen Vulkane, wie man sie zum Beispiel in Japan oder entlang der Anden findet. Doch die geologischen Verhältnisse hinter diesen Vulkanbögen – in den Backarc-Zonen – könnten unterschiedlicher kaum sein: In der Ägäis etwa wird die Erdkruste gedehnt, in Zentralasien hingegen türmen sich riesige Gebirgsketten auf, und in Japan bleibt die Region vergleichsweise stabil.
Das Puzzel der Terrane
Ein Forscherteam um den Geophysiker Zoltán Erdős (GFZ Potsdam) und Ritske Huismans (Universität Bergen) hat mithilfe von Computermodellen untersucht, wie sogenannte Terrane – kleine Krustenfragmente, die mit der ozeanischen Platte transportiert werden – mit einem Kontinent kollidieren und sich dort anlagern. Diese „Krusten-Puzzleteile“ können den Aufbau der Erdkruste tiefgreifend verändern und sich auch auf die Struktur des Erdmantels auswirken. Das Modell zeigt, dass durch solche Terran-Akkretion genau jene geophysikalischen Auffälligkeiten entstehen, die bisher schwer zu erklären waren – ganz ohne auf komplexe Mantelströmungen zurückgreifen zu müssen.
Beispiele für solche Regionen sind die nordamerikanischen Kordilleren, Zentralanatolien, die Ägäis oder Neuguinea. In all diesen Gebieten haben in der Vergangenheit Terrane mit dem jeweiligen Kontinent verschmolzen – und das spiegelt sich bis heute in ihrer geologischen Struktur wider.
Die neue Studie liefert nicht nur einen wichtigen Beitrag zur geodynamischen Forschung, sondern hat auch praktische Bedeutung: für die Erkundung von Erdwärme, den Abbau natürlicher Ressourcen und die Einschätzung von Erdbebenrisiken. Denn wer versteht, was unter der Oberfläche passiert, kann besser auf das reagieren, was darüber geschieht. (Quelle: Pressemeldung GFZ, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq8444)