Uralter Vulkan hat nicht nur ein Chaos angerichtet – er hat eine ganze ozeanische Platte neu eingerichtet

Wissenschaftler haben entdeckt, dass eines der extremsten Vulkanereignisse der Erde mehr tat, als nur ein massives Unterwasserplateau zu bauen. Es verpasste der darunterliegenden ozeanischen Platte auch eine komplette chemische Verjüngungskur. Ein Forscherteam unter der Leitung von Dozent Azusa Shito von der Okayama University of Science, in Zusammenarbeit mit außerordentlichem Professor Akira Ishikawa vom Institute of Science Tokyo und Professor Masako Yoshikawa von der Hiroshima University, nutzte seismische Wellen, um unter das Ontong-Java-Plateau (OJP) zu blicken. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Geophysical Research Letters, deuten darauf hin, dass enorme Magmamengen durch die bestehende Platte drangen, Netzwerke vertikaler Intrusionen schufen und das umgebende Gestein chemisch umwandelten.

Die ozeanische Platte unter dem OJP hat nicht die relativ einfache Struktur, die man von einer typischen ozeanischen Platte erwartet. Stattdessen fanden die Forscher Hinweise auf ein zusammengesetztes Inneres aus horizontalen Schichten, die von Schwärmen vertikaler Magmakanäle, sogenannten Gängen, durchzogen sind. Diese entstehen, wenn geschmolzenes Gestein sich durch Risse zwängt und darin abkühlt. Große Gruppen dieser Intrusionen, Gangschwärme genannt, bewahren die Erinnerung an intensive vulkanische Aktivität, lange nachdem das Magma erstarrt ist. Das Team entdeckte zudem ungewöhnlich niedrige seismische Wellengeschwindigkeiten innerhalb der Platte, was darauf hindeutet, dass Magma, das aus der Tiefe der Erde aufstieg, nicht nur hindurchfloss – es veränderte wahrscheinlich auch die chemische Zusammensetzung der Platte.

Das OJP liegt unter dem westlichen Pazifischen Ozean und ist das größte ozeanische Plateau der Welt, entstanden vor etwa 110–120 Millionen Jahren während des größten Vulkanausbruchs der Erdgeschichte. Wissenschaftler vermuten, dass die Eruption genug Hitze, Gase und vulkanisches Material freisetzte, um die globale Umwelt schwer zu stören, möglicherweise zu Massenaussterben beitrug, indem sie die Ozeanchemie, das Klima und den Sauerstoffgehalt veränderte. Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass das Ereignis durch eine thermochemische Wolke aus dem tiefen Erdmantel angetrieben wurde – eine Säule ungewöhnlich heißen Materials, das sich chemisch vom umgebenden Mantel unterscheidet und möglicherweise recycelte alte ozeanische Kruste transportiert. Aber bis jetzt haben Wissenschaftler nicht vollständig verstanden, wie dieses Magma eine bestehende ozeanische Platte beeinflusst.

Um die Platte unter dem OJP zu untersuchen, studierten die Forscher hochfrequente seismische Signale namens Po- und So-Wellen, die von Ozeanboden-Seismometern rund um das Plateau und Instrumenten auf nahegelegenen Inseln aufgezeichnet wurden. Unter typischen Bedingungen reisen diese Wellen durch ozeanische Platten und streuen wiederholt durch geschichtete Strukturen, sodass sie mehrere tausend Kilometer weit reisen können. Aber Wellen, die in der Nähe des OJP aufgezeichnet wurden, verhielten sich ungewöhnlich: Po-Wellen bewegten sich effizient, während So-Wellen dramatisch schwächer wurden. Dieser Hinweis führte die Wissenschaftler dazu, seismische Wellenformmodellierung zu verwenden, die zeigte, dass die Platte geschichtete Strukturen (horizontale Lamination) enthält, die von Gangschwärmen (vertikale Intrusion) durchzogen werden. Die horizontale Schichtung erlaubt es einigen Wellen, weite Strecken zurückzulegen, während die vertikalen Intrusionen andere stören und schwächen.

Das Team fand auch, dass sowohl Po- als auch So-Wellen unter dem Plateau signifikant langsamer reisten – ein Zeichen dafür, dass die Gesteine heißer, weniger starr, gebrochen oder chemisch anders als typisches Mantelmaterial sind. Sie schlussfolgerten, dass Struktur allein die niedrigen Geschwindigkeiten nicht erklären konnte, und schlagen vor, dass Magma aus einer thermisch-chemischen Wolke durch die Platte aufstieg, die Gangschwärme erzeugte und dann mit dem umgebenden Mantelgestein reagierte, was eine chemische Modifikation namens Refertilisierung verursachte. Dies geschieht, wenn Magma chemische Bestandteile an Mantelgestein zurückgibt, die es zuvor während des partiellen Schmelzens verloren hatte. Der Mantel besteht hauptsächlich aus Peridotit; wenn ein Teil schmilzt, werden einige Elemente entfernt, und späteres Magma kann sie zurückbringen, was den Mineralgehalt und die physikalischen Eigenschaften des Gesteins verändert.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass massive Vulkanereignisse mehr tun können, als den Meeresboden mit Lava zu bedecken – sie können eine ozeanische Platte zerbrechen, ausgedehnte Gangnetzwerke bilden und die chemische Zusammensetzung der Platte verändern.