Der Yellowstone-Nationalpark in den USA ist mit seinen Geysiren und heißen Quellen eine große Attraktion für Touristen. Darunter allerdings schlummert ein Supervulkan.

Foto: AP/Beth Harpaz

Das Modell zeigt, dass der Mantel Plume mit seinem Knick seinen Ursprung unter der Baja California hat.

Illustr.: Steinberger et al.

Unter dem Yellowstone-Nationalpark in den USA, mit seinen Geysiren und heißen Quellen, brodelt es gewaltig. Die Region gilt als Supervulkan, der vor rund 630.000 Jahren das letzte Mal ausgebrochen ist, aktuell aber keine große Gefahr darstellt. Was im dort im Untergrund tatsächlich vor sich geht, ist allerdings immer noch nicht vollständig verstanden. Einem internationalen Forscherteam ist es nun gelungen, neue Erkenntnisse über die Vorgänge im Erdinneren nachzuvollziehen.

Bisher war schon weitgehend klar, dass unter dem Yellowstone-Vulkan ein so genannter Mantel Plume liegt, eine schlotähnliche Struktur, die tausende Kilometer tief an die Grenze von Erdkern und Erdmantel reicht. Der Ursprung des Plumes liegt unter der Baja California, mehr als tausend Kilometer südwestlich des Nationalparks. Auswertungen von Erdbebenwellen hatten bereits so etwas vermuten lassen, aber die Vorstellung eines solchen Mantel Plumes passte zunächst nicht zu der Bewegung der Lithosphärenplatten.

Schweißbrenner unter der Erdkruste

Klar ist, dass es sich beim Yellowstone um einen so genannten Intraplattenvulkan handelt. Die meisten Vulkane auf der Welt befinden sich an den Grenzen von Kontinentalplatten, entweder da, wo Material aus dem Erdinneren emporquillt wie am mittelatlantischen Rücken, oder da, wo eine Kontinentalplatte unter die andere abtaucht und schmilzt, wie es entlang der gesamten südamerikanischen Westküste der Fall ist. Im Gegensatz zum Plattenrand-Vulkanismus geht der Intraplattenvulkanismus auf Hotspots unter der Erdkruste zurück. Das kann man sich vorstellen wie einen Schweißbrenner, der von unten die Gesteinsplatte aufschmilzt – dort, wo quasi ein Loch durchgebrannt wird, erwächst ein Vulkan. Auf diese Weise entstand beispielsweise auch Hawaii.

Die seismischen Daten für Yellowstone lieferten allerdings lange Zeit kein klares Bild. Das hat sich durch neue Daten und verfeinerte Messmethoden geändert, wodurch der tiefere Teil des Plumes in einer tomographischen Aufnahme abgebildet werden konnte. Es blieben jedoch Lücken im oberen Mantel. Die Daten waren hier nicht so eindeutig.

Neue Modellierungen

Diese Lücken füllt die Studie im Fachjournal "Geochemistry, Geophysics, Geosystems" der Forscher um Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) nun mit einem Modellierungsergebnis, das den Mantel Plume konsistent mit den Beobachtungsdaten abbildet. Demnach gibt es Bewegungen des zähplastischen Gesteins im unteren Erdmantel, die sich relativ zur Oberfläche nach Südsüdwesten ziehen.

Wie die Rauchfahne eines Dampfers zieht sich der Plume dadurch von der Baja California nach Nordnordosten zum Yellowstone Vulkan. "Unsere Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Intraplattenvulkanismus bei und stützt die Hypothese eines tiefen Mantel Plumes", sagt Steinberger. "Für die Risikoabschätzung des Yellowstone Vulkans hat das aber keinerlei Auswirkungen." (red, 23.10.2019)