Hawaiianische Vulkane - Teil 4: Die Wiederverjüngungs-Phase

In meinem letzten Beitrag besprachen wir die Wachstumsphasen eines hawaiianischen Vulkans, während dieser über einen Hotspot getragen wird. Das Modell, in welchem die pazifische Platte über den Hotspot wandert bedeutet, dass, sobald der Vulkan den Hotspot verlässt, die vulkanische Aktivität stoppt.

Dies ist jedoch nicht der Fall.

Manche hawaiianische Vulkane erwachen wieder zum Leben nachdem sie den Hotspot verlassen haben. Diese Phase in dem Leben eines hawaiianischen Vulkans wird als Wiederverjüngungs-Phase bezeichnet.

Das Volumen dieses wiederverjüngten Vulkanismuses ist extrem klein im Vergleich zu den vorherigen Wachstumsphasen (weniger als 1% der Gesamtmasse). Der Zeitraum zwischen dem Ende der Alkali-Deckschicht und dem wiederverjüngten Vulkanismus beträgt zwischen 0,5 und 2,6 millionen Jahren. Dies bedeutet, dass während der Wiederverjüngungs-Phase, die Vulkane 200 bis 400 km vom Hotspot entfernt sind.

Die ausbrechende Lava ist hoch alkalisch und erreicht die Oberfläche durch Schlote, an wessen Öffnung sie zumeist Kegel formt. Sie unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung, von Pyroklastit-dominierten Kegeln zu verschweißten Lavabrocken-dominierten Kegeln und werden, je nach Zusammensetzung, als Aschekegel, Schlackenkegel, oder Schweißschlackenkegel bezeichnet. Wenn das Magma in den Schloten erstarrt bevor es die Oberfläche erreicht, werden die entstehenden Gesteinsformationen als Dyke bezeichnet.

Evolution eines hawaiianischen Vulkans, einschließlich der Wiederverjüngungs-Phase.
Gezeichnet beim Autor.

Der Grund für das Auftreten der Wiederverjüngungs-Phase ist noch nicht komplett nachvollzogen und Wissenschaftler argumentieren noch heute. Derzeit wurden drei verschiedene Modelle vorgeschlagen:

Modell 1: Aufschmelzen der ozeanischen Lithosphäre ^[1].

Die Wärme des Plumes wird lateral in Richtung der sich bewegenden Platte transportiert. Diese Wärme sammelt sich an einem gewissen Punkt Stromabwärts und erreicht Temperaturen bei denen die ozeanische Lithosphäre beginnt aufzuschmelzen.

Derzeit glauben Wissenschaftler, dass dieses Szenario eher unwahrscheinlich ist^[2]. Ein Vergleich der Elementgehalte und Isotopenverhältnisse weisen keine Gemeinsamkeiten zwischen dem wiederverjüngem Material und der ozeanischen Lithosphäre. Die Zusammensetzung der Lithosphäre wurde anhand von Xenolithen (Fremdgestein) in hawaiianischen Laven ermittelt,

Modell 2: Druckentlastung Schmelzen des Plumes durch laterales spreizen unterhalb der Lithosphäre^[3]].

Es wurden Modelle berechnet um zu zeigen, wie sich der Plume verformt und weiter fließt sobald er gegen die Lithosphäre trifft. Wo immer die Deformations- und Fließrichtung aufwärts führt, sorgt Druckentlastung für Schmelzbildung. Dies ist der Prozess der auch in der Plume Säule für den Großteil der Schmelzbildung verantwortlich ist. Nachdem ein Teil der Schmelze extrahiert wurde, sinkt das übrige Material leicht zurück in den Mantel und wird dort durch die Reibung der pazifischen Platte entlang der Plattenbewegungsrichtung gezerrt und verformt sich länglich. Während dieser länglichen Ausdehnung wird der verformte Plume Kopf schmaler, während er konstant gegen die überliegende Lithosphäre drückt. Dies bedeutet, dass während des Ausdünnens des langgestrecktem Plume Kopfes, sich der untere Teil nach Oben und näher an die Lithosphäre bewegt. Diese aufwärtsbewegung führt dann zur Druckentlastung und dementsprechend zur Schmelzbildung von wiederverjüngtem Material.

Modell 3: Biegebelastung durch das Beladen der Lithosphäre über der Plume Säule ^[4].

Während des Hauptwachstums des Vulkanes werden große Mengen an Material auf der Lithosphäre abgelagert. Und Steine sind verdammt schwer. Das zusätzliche Gewicht drückt dann auf den darunterliegenden Mantel und drückt es beiseite. Um für den verlorenen Platz zu kompensieren drückt das verdrängte Mantelmaterial nach außen, wodurch die Lithosphäre , kreisförmig um die Absenkung herum, nach oben gedrückt wird. Diese Aufwärtsbewegung resultiert dann wieder in Druckentlastung und daher in Schmelzbildung. Dieses Modell würde erklären, warum wiederverjüngtes Material auch an anderen Stellen auf dem Ozeanboden neben den hawaiianischen Vulkanen gefunden wurde.

Vereinfachte Darstellung zur Illustration von Modell 3. Erklärung im Text.
Gezeichnet beim Autor.

Abschließende Worte

Vulkanausbrüche auf Hawaii zeigen Anzeichen für zwei Magma Bildungsphasen. Während der ersten Phase werden massive Schildvulkane oberhalb eines Mantel Plumes gebaut. In der zweiten Phase, der Wiederverjüngungs-Phase, brechen kleine Mengen an Lava, hunderte Kilometer entfernt vom Plume Zenter, aus. Die genaue Ursache für das Auftreten wird immer noch diskutiert, und wir können uns auf zukünftige Fortschritte in der Wissenschaft freuen.

Hiermit beenden wir nun wirklich das Wachstum eines hawaiianischen Vulkans. Nachdem auch der zweite Magma Schub vorüber ist, stirbt der Vulkan endgültig und eine neue Phase im Lebenslauf eines hawaiianischen Vulkans beginnt.

Vorige Teile

Hawaiianische Vulkane - Teil 1: Einführung
Hawaiianische Vulkane - Teil 2: Der hawaiianische Hotspot
Hawaiianische Vulkane - Teil 3: Ein wachsender Vulkan

Quellen

• Dieser Post ist eine Übersetzung. Originaler Artikel
• [1] Gurriet, P. (1987). A thermal model for the origin of post-erosional alkalic lava, Hawaii. Earth and Planetary Science Letters 82, 153-158
• [2] Garcia, M., Swinnard, L., Weis, D., Greene, A.R., Tagami, T., Sano, H., Gandy, C.E. (2010). Petrology, Geochemistry and Geochronology of the Kaua’I Lavas over 4.5 Myr: Implications for the Origin of Rejuvenated Volcanism and the Evolution of the Hawaiian Plume. Journal of Petrology 51, 1507-1540.
• [3] Ribe, N. M. & Christensen, U. R. (1999). The dynamical origin of Hawaiian volcanism. Earth and Planetary Science Letters 171, 517-531.
• [4] Bianco, T. A., Ito, G., Becker, J. M. & Garcia, M. O. (2005). Secondary Hawaiian volcanism formed by flexural arch decompression. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 6, 1-24.

• http://manoa.hawaii.edu/coe/kulia/publications/nsf/Hawaiian_evolution_rejuvenation_Kahua_Ao_HANDOUTS.pdf
• http://volcano.oregonstate.edu/post-erosional-rejuvenation
• https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/hawaiian_volcanoes.html