Dass es Hawaii gibt, verdanken Surfer und Geologen einem "Mantelplume". Das ist eine Struktur im Erdinneren, die aussehen soll wie ein Pilz mit einem sehr langen und dünnen Stil und die aus ultraheißem aber - durch den Umgebungsdruck - festem Gestein besteht. Durch die Hitze des Erdkerns angetrieben, steigt der Plume aus 3000 Kilometern Tiefe auf, also von dort, wo Erdmantel und Erdkern aneinandergrenzen. In der Nähe der Erdoberfläche lässt der Druck nach und der Plume schmilzt dann doch - und dieses Magma speist Vulkane. So produzieren die in Hawaii in jeder Sekunde 25 Tonnen Magma. Das ist absoluter Weltrekord. Allerdings ein unerklärlicher. Denn Mantelgestein schmilzt nur schwer - und deshalb müsste die Magmaquelle eigentlich viel spärlicher sprudeln als sie es tut. Jetzt scheint die Lösung gefunden. Alex Sobolev vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie:
"Wir haben geochemische wie geophysikalische Beweise dafür, dass die anomal hohe vulkanische Aktivität Hawaiis darauf beruht, dass in dem Plume dort nicht einfach nur Mantelgestein aufsteigt, sondern dass darin auch uralte Meereskruste eingearbeitet ist, die vor langer Zeit zurück ins Erdinnere abgesunken ist und jetzt auf diese Weise wieder recycelt wird."
Das kann man sich etwa so vorstellen: Die Wurzel eines Plume liegt an der Grenze vom Erdmantel zum Erdkern. Dort hat sich im Lauf der Jahrmillionen ein "tektonischer Friedhof" gebildet. Sprich: Wenn ozeanische Kruste durch die Plattentektonik irgendwann ins Erdinnere abtaucht, endet sie dort unten. Nun verrät der hohe Nickelgehalt in den der Laven von Hawaii, dass es für diese alten Platten tatsächlich ein Comeback gibt - nämlich wenn ein Plume sie zusammen mit dem Mantelgestein um sie herum wieder nach oben saugt. Albrecht Hofmann ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Chemie:
"Der Nickelgehalt ist so hoch, dass diese Schmelzen von Hawaii nicht entstehen könnten, wenn der Plume einfach nur Mantelgestein nach oben bringt, das dann schmilzt. Dann gäbe es darin erheblich weniger Nickel. Um diese chemische Zusammensetzung zu bekommen, muss der Plume aus mehreren Komponenten bestehen: nämlich zu drei Vierteln aus Mantelgestein und zu einem Viertel aus eingearbeiteten Lagen von ehemaliger Ozeankruste. Und weil die recycelte Meereskruste nicht nur leichter schmilzt als Mantelgestein, sondern auch zu einem viel höheren Prozentsatz, erklärt das die großen Lavamengen - und damit ist auch klar, warum die Berge Hawaiis in den Himmel wachsen."
Deshalb sind die Vulkane von Hawaii mit knapp 10 Kilometern die größten Berge der Welt. Dabei wachsen sie am stärksten im Zentrum des Plume. Das liegt nicht nur daran, dass dort die Temperatur am höchsten ist, vielmehr hängt das direkt mit der Struktur des Plume zusammen. Sobolev:
"Der Gehalt an recyceltem Material schwankt in den verschiedenen Regionen des Plume. Wo die meiste recycelte Meereskruste aufsteigt, gibt es besonders viel Schmelze und es gibt nur wenig, wo der Gehalt an ehemaliger Meereskruste gering ist."
Inzwischen erklärt die Analyse von Blei-Isotopen auch, wie dieser Transport von Krustenmaterial und Mantelgestein im Plume genau abläuft. Hofmann:
"Der Plume von Hawaii ist weit genug, um mit einem Abstand von 40, 50 Kilometern zwei verschiedene Stränge von Vulkanen zu erzeugen. Für den einen Strang steht der Mauna Loa, für den anderen der Mauna Kea. Diese Zweiteilung messen wir bereits in 500.000 Jahre alten Gesteinen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Plume seit Jahrmillionen sozusagen halbiert ist. Er bekommt an seiner Basis von zwei Seiten her unterschiedliches Material, das er in seinen Kamin saugt. Die Unterschiede an seiner Wurzel prägen sich bis zur Oberfläche durch. Das Material vermischt sich über den Transportweg von 3000 Kilometer nicht."
Vielmehr wird es beim Aufstieg extrem lang auseinandergezogen, so dass der Plume in seinem Inneren einem Glasfaserkabel gleicht. Unterschiede bleiben also anscheinend über Jahrmillionen bestehen - und das hätte vor ein paar Jahren niemand vermutet.
"Wir haben geochemische wie geophysikalische Beweise dafür, dass die anomal hohe vulkanische Aktivität Hawaiis darauf beruht, dass in dem Plume dort nicht einfach nur Mantelgestein aufsteigt, sondern dass darin auch uralte Meereskruste eingearbeitet ist, die vor langer Zeit zurück ins Erdinnere abgesunken ist und jetzt auf diese Weise wieder recycelt wird."
Das kann man sich etwa so vorstellen: Die Wurzel eines Plume liegt an der Grenze vom Erdmantel zum Erdkern. Dort hat sich im Lauf der Jahrmillionen ein "tektonischer Friedhof" gebildet. Sprich: Wenn ozeanische Kruste durch die Plattentektonik irgendwann ins Erdinnere abtaucht, endet sie dort unten. Nun verrät der hohe Nickelgehalt in den der Laven von Hawaii, dass es für diese alten Platten tatsächlich ein Comeback gibt - nämlich wenn ein Plume sie zusammen mit dem Mantelgestein um sie herum wieder nach oben saugt. Albrecht Hofmann ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Chemie:
"Der Nickelgehalt ist so hoch, dass diese Schmelzen von Hawaii nicht entstehen könnten, wenn der Plume einfach nur Mantelgestein nach oben bringt, das dann schmilzt. Dann gäbe es darin erheblich weniger Nickel. Um diese chemische Zusammensetzung zu bekommen, muss der Plume aus mehreren Komponenten bestehen: nämlich zu drei Vierteln aus Mantelgestein und zu einem Viertel aus eingearbeiteten Lagen von ehemaliger Ozeankruste. Und weil die recycelte Meereskruste nicht nur leichter schmilzt als Mantelgestein, sondern auch zu einem viel höheren Prozentsatz, erklärt das die großen Lavamengen - und damit ist auch klar, warum die Berge Hawaiis in den Himmel wachsen."
Deshalb sind die Vulkane von Hawaii mit knapp 10 Kilometern die größten Berge der Welt. Dabei wachsen sie am stärksten im Zentrum des Plume. Das liegt nicht nur daran, dass dort die Temperatur am höchsten ist, vielmehr hängt das direkt mit der Struktur des Plume zusammen. Sobolev:
"Der Gehalt an recyceltem Material schwankt in den verschiedenen Regionen des Plume. Wo die meiste recycelte Meereskruste aufsteigt, gibt es besonders viel Schmelze und es gibt nur wenig, wo der Gehalt an ehemaliger Meereskruste gering ist."
Inzwischen erklärt die Analyse von Blei-Isotopen auch, wie dieser Transport von Krustenmaterial und Mantelgestein im Plume genau abläuft. Hofmann:
"Der Plume von Hawaii ist weit genug, um mit einem Abstand von 40, 50 Kilometern zwei verschiedene Stränge von Vulkanen zu erzeugen. Für den einen Strang steht der Mauna Loa, für den anderen der Mauna Kea. Diese Zweiteilung messen wir bereits in 500.000 Jahre alten Gesteinen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Plume seit Jahrmillionen sozusagen halbiert ist. Er bekommt an seiner Basis von zwei Seiten her unterschiedliches Material, das er in seinen Kamin saugt. Die Unterschiede an seiner Wurzel prägen sich bis zur Oberfläche durch. Das Material vermischt sich über den Transportweg von 3000 Kilometer nicht."
Vielmehr wird es beim Aufstieg extrem lang auseinandergezogen, so dass der Plume in seinem Inneren einem Glasfaserkabel gleicht. Unterschiede bleiben also anscheinend über Jahrmillionen bestehen - und das hätte vor ein paar Jahren niemand vermutet.