Neue Studie liefert Hinweise auf stärkeren tektonischen Einfluss bei der Magmaentstehung unter Yellowstone und relativiert die reine Mantelplume-Theorie
Über Jahrzehnte hinweg wurde angenommen, dass die Yellowstone-Caldera von einem Mantelplume gespeist wird, der die magmatischen Prozesse und Eruptionen steuert. In den letzten Jahren mehren sich jedoch die Hinweise, dass ein Mantelplume allein die komplexen vulkanischen Vorgänge unter Yellowstone nicht ausreichend erklären kann und ein weiterer Steuerungsmechanismus berücksichtigt werden muss.
Eine im April 2026 veröffentlichte Studie hat das magmatische System unter dem Yellowstone-Vulkan detailliert untersucht und das bisherige Verständnis der vulkanischen Architektur im tieferen Untergrund deutlich erweitert.
Zentrale Probleme der klassischen Mantelplume-Theorie bestehen darin, dass sie weder das überwiegend geförderte rhyolithische Magma noch die Struktur der unter dem Vulkan nachgewiesenen Magmazonen schlüssig erklärt. Auch die gekrümmte Spur der Vorläufercalderen und der großflächige Vulkanismus der Snake-River-Plain stehen im Widerspruch zu einem einfachen, senkrecht aufsteigenden Mantelplume.
Frühere Arbeiten gingen davon aus, dass subduzierte Krustensegmente der alten Farallon-Platte den Mantelplume beeinflussen, indem sie den Magmenaufstieg umlenken und auffächern. Neuere Studien zeigen jedoch, dass auch dieses Modell die beobachteten Phänomene nicht vollständig erklären kann.
Die neue Untersuchung wurde von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Zebin Cao durchgeführt. Dabei wurden verschiedene geophysikalische Methoden kombiniert und hochauflösende Datensätze aus seismischen Netzwerken sowie geodynamischen Simulationen gemeinsam ausgewertet.
Im Zentrum der Methodik steht die seismische Tomographie, die sich in den letzten Jahren als eine der wichtigsten Methoden zur Untersuchung des tiefen Untergrunds etabliert hat. Mithilfe von Erdbebenwellen werden Unterschiede in Temperatur und Dichte im Erdinneren sichtbar gemacht, wodurch sich u.a. Magmareservoire identifizieren lassen.
Diese Daten wurden mit geodynamischen 3D-Simulationen kombiniert, die Mantelströmungen, Schmelzbildung und die mechanische Reaktion der Lithosphäre modellieren. Ergänzend wurden Daten zur Krustenverformung sowie magnetotellurische Messungen einbezogen, die Hinweise auf geschmolzene oder teilweise geschmolzene Zonen liefern. Durch die Kombination dieser Ansätze konnte erstmals ein räumlich zusammenhängendes Modell des Magmasystems unter Yellowstone erstellt werden.
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die Rekonstruktion eines schräg verlaufenden, translithosphärischen Magmafördersystems, das sich über mehr als 150 Kilometer durch die Erdkruste und den oberen Mantel erstreckt. Im Gegensatz zum klassischen Modell eines vertikal aufsteigenden Mantelplumes zeigt sich ein System, dessen Aufstieg stark durch die Deformation der Nordamerikanischen Platte beeinflusst wird und das in Tiefen von etwa 80 bis 100 Kilometern mit Magma gespeist wird.
Das Magma entsteht dabei überwiegend durch partielles Schmelzen von Gestein in der Asthenosphäre. Der Mantelplume fungiert in diesem Modell vor allem als Wärmequelle und besteht nicht aus Schmelze, sondern aus plastischem Gestein, das den Wärmetransport aus dem tieferen Erdmantel ermöglicht.
Unterhalb der Erdkruste bildet sich eine ausgedehnte Schmelzzone, deren Ausrichtung vermutlich auch durch die Dynamik der bereits vor Millionen Jahren subduzierten Farallon-Platte beeinflusst wird, die vor den Rocky Mountains im Erdmantel verschwindet. Da sich die Yellowstone-Caldera am Rand der Basin-and-Range-Provinz befindet, kommt es dort trotz der Orogenese der Rocky Mountains zu einer Dehnung der Erdkruste. In der Folge entstehen Brüche und Scherzonen, die als Aufstiegswege für das Magma dienen.
Was ist die Farallon-Platte?
Die Farallon-Platte war eine große ozeanische Platte im Pazifik, die seit dem Jura (vor über 150 Millionen Jahren) unter die Nordamerikanische Platte subduzierte. Über lange Zeit erzeugte diese Subduktion einen ausgedehnten Vulkangürtel entlang der Westküste Nordamerikas.
Im späten Mesozoikum und frühen Känozoikum änderte sich der Subduktionswinkel: Die Platte tauchte teilweise sehr flach ab. Dadurch verlagerte sich die tektonische Aktivität weit ins Landesinnere, während der Vulkanismus an der Küste zeitweise nachließ. Gleichzeitig wurde die Erdkruste im Westen der USA stark verformt.
Ab etwa 30 Millionen Jahren vor heute begann die Farallon-Platte zu zerbrechen und wurde nach und nach vollständig vom Erdmantel „verschluckt“. Übrig blieben kleinere Platten wie die Juan-de-Fuca-Platte.
Durch das Zerreißen der Farallon-Platte im Erdinneren entstanden Lücken („Slab Windows“), durch die heißes Mantelmaterial leichter aufsteigen konnte, während sich die Kruste im Westen zunehmend dehnte.
Diese tiefgreifenden Veränderungen im Untergrund beeinflussten die Tektonik und begünstigten den Magmatismus im Inneren des Kontinents – darunter die Orogenese der Rocky Montanis und den Yellowstone-Hotspot, der sich vor etwa 16 Millionen Jahren entwickelte.
Unter der Caldera identifiziert die Studie zwei miteinander verbundene Magmareservoire: ein tieferes, basaltisches, überwiegend kristallines „Mush“-Reservoir sowie ein flacheres, stärker schmelzreiches rhyolithisches System, das die hydrothermalen Prozesse des Yellowstones maßgeblich steuert.
Diese Ergebnisse verändern die Interpretation der vulkanischen Dynamik des Systems, ohne die Existenz tiefer Mantelprozesse grundsätzlich infrage zu stellen. Der klassische Mantelplume wird in seiner Rolle relativiert, während die Plattentektonik als aktiver Steuerungsmechanismus stärker in den Vordergrund rückt. Sie beeinflusst maßgeblich die Verteilung und den Transport der Schmelzen.
Das Yellowstone-System erscheint damit weniger als punktueller Hotspot, sondern eher als großräumig deformiertes Schmelz- und Transportsystem.
Für die Bewertung zukünftiger Eruptionen ergeben sich daraus keine Hinweise auf eine kurzfristig erhöhte Gefährdung. Zwar bestätigen die Daten das Vorhandensein großer Mengen teilweise geschmolzenen Materials, dieses liegt jedoch überwiegend in einem kristallreichen und hochviskosen Zustand vor, was meiner Meinung nach allerdings auch die Explosivität erhöht.
Solche „Mush“-Systeme erschweren die schnelle Akkumulation großer, eruptiv verfügbarer Magmamengen. Zudem deutet die komplexe, verzweigte Struktur darauf hin, dass sich Druck im System eher verteilt als lokal konzentriert aufbaut. Es gibt daher weiterhin keine Anzeichen für eine bevorstehende Supereruption.
Quelle der Studie: Cao, Z., et al. (2026).
Tectonic origin of Yellowstone’s translithospheric magma plumbing system.
Science. https://doi.org/10.1126/science.ady2027