Gar nicht so heiße Hotspots

Los Angeles (USA) - Island, das Galapagos-Archipel oder die Kanaren – alle diese Inseln haben einen vulkanischen Ursprung wie der jüngste Ausbruch auf La Palma eindrucksvoll unter Beweis stellte. Unter diesen Hotspot-Inseln reichen breite Schlote bis tief in den Erdmantel, durch die kontinuerlich heißes Gestein zur Erdkruste aufsteigt. Doch diese Hotspots unterscheiden sich stärker voneinander als bisher angenommen wurde. Zu diesem Schluss kommen nun kalifornische Geophysikerinnen und Geophysiker mit einer ausgeklügelten Studie der Temperaturen in den Hotspot-Schloten. In der Fachzeitschrift „Science“ berichten sie über verblüffende Temperaturunterschiede bei den Dutzenden untersuchten Hotspots.

Direkte Messungen der Temperatur in den hunderte Kilometer tiefen Magmaschloten sind natürlich nicht möglich. Daher bedienten sich Xiyuan Bao von der University of California in Los Angeles und seine Kollegen einer ausgeklügelten Modellrechnung auf der Basis seismischer Messungen. Denn je schneller sich eine seismische Welle – etwa von Erdbeben ausgelöst – durch ein Gestein ausbreitet, desto kälter ist es. Aus zahlreichen Datensätzen seismischer Wellen in 260 bis 600 Kilometer Tiefe ließ sich so auf die Temperatur in einem Hotspot schließen.

Diese Rechnungen zeigten bei den Dutzenden untersuchten Hotspots verschiedene Temperaturen zwischen 1400 und 1800 Grad Celsius. Hotspots wie beispielsweise unter der Insel Ascension mitten im Südatlantik zählen zu der Gruppe kalter Hotspots. St. Helena oder die Kanarischen Inseln ordneten Bao und Kollegen in die Gruppe warmer Hotspots mit Temperaturen um 1500 Grad Celsius ein. Island, das Galapagos-Archipel oder auch Hawaii liegen über heißen Hotspots mit Temperaturen von mehr als 1600 Grad Celsius.

Diese Unterschiede in der Temperatur des heißen Gesteins haben direkte Auswirkungen auf die vulkanische Aktivität. Denn je heißer ein Gestein ist, desto stärker ist der Auftrieb im Erdmantel mit Geschwindigkeiten von etwa zehn Zentimetern pro Jahr. Die Ursache für die Temperaturunterschiede sind bisher allerdings noch nicht eindeutig geklärt. Die Geophysiker halten es jedoch für möglich, dass die Schlote kälterer Hotspots nicht wie bisher angenommen bis zu 2900 Kilometer tief in den Erdmantel reichen, sondern einen einige hundert Kilometer weniger tiefen Ursprung etwa im oberen Erdmantel haben könnten. Auch kleinere, bisher nicht belegte Konvektionsströmungen, die auf das Gestein etwa wie eine kühlende Umwälzpumpe wirken, halten die Forschenden für möglich.