Transformationsverwerfungen

Hotspots

Obwohl der Großteil der vulkanischen Aktivität auf der Erde entlang oder in der Nähe von Plattengrenzen konzentriert ist, gibt es einige wichtige Ausnahmen, bei denen diese Aktivität innerhalb von Platten auftritt. Lineare Inselketten mit einer Länge von Tausenden von Kilometern, die weit entfernt von Plattengrenzen auftreten, sind die bemerkenswertesten Beispiele. Diese Inselketten weisen eine typische Abfolge von abnehmender Höhe entlang der Kette auf, von einer vulkanischen Insel über ein Saumriff zu einem Atoll und schließlich zu einem versunkenen Seamount. Ein aktiver Vulkan befindet sich normalerweise an einem Ende einer Inselkette, während sich entlang des Rests der Kette zunehmend ältere, erloschene Vulkane befinden. Der kanadische Geophysiker J. Tuzo Wilson und der amerikanische Geophysiker W. Jason Morgan erklärten solche topografischen Merkmale als das Ergebnis von Hotspots.

Die Anzahl dieser Hotspots ist ungewiss (Schätzungen reichen von 20 bis 120), aber die meisten treten innerhalb einer Platte auf und nicht an einer Plattengrenze. Man geht davon aus, dass Hotspots der Oberflächenausdruck riesiger Wärmefahnen, so genannter Mantelplumes, sind, die aus dem tiefen Inneren des Mantels aufsteigen, möglicherweise von der Kern-Mantel-Grenze, etwa 2.900 km unter der Oberfläche. Man nimmt an, dass diese Plumes relativ zu den lithosphärischen Platten, die sich über sie bewegen, stationär sind. Ein Vulkan bildet sich auf der Oberfläche einer Platte direkt über dem Plume. Wenn sich die Platte jedoch weiterbewegt, wird der Vulkan von seiner darunter liegenden Magmaquelle getrennt und erlöscht. Erloschene Vulkane werden erodiert, während sie abkühlen und absinken, um Saumriffe und Atolle zu bilden, und schließlich sinken sie unter die Meeresoberfläche und bilden einen Seamount. Gleichzeitig bildet sich ein neuer aktiver Vulkan direkt über dem Mantelplume.

Das beste Beispiel für diesen Prozess ist in der Hawaii-Emperor-Seamount-Kette erhalten. Der Plume befindet sich derzeit unter Hawaii, und eine lineare Kette von Inseln, Atollen und Seamounts erstreckt sich 3.500 km (2.200 Meilen) nordwestlich bis Midway und weitere 2.500 km (1.500 Meilen) nordnordwestlich bis zum Aleutengraben. Das Alter, in dem der Vulkanismus entlang dieser Kette erloschen ist, wird mit zunehmender Entfernung von Hawaii immer älter – ein wichtiger Beweis, der diese Theorie unterstützt. Hotspot-Vulkanismus ist nicht auf die Ozeanbecken beschränkt; er tritt auch innerhalb von Kontinenten auf, wie im Fall des Yellowstone-Nationalparks im Westen Nordamerikas.

Messungen legen nahe, dass sich Hotspots relativ zueinander bewegen können, eine Situation, die das klassische Modell, das die Bewegung von Lithosphärenplatten über stationären Mantelplumes beschreibt, nicht vorhersagt. Dies hat zu einer Infragestellung dieses klassischen Modells geführt. Darüber hinaus ist die Beziehung zwischen Hotspots und Plumes heiß umstritten. Befürworter des klassischen Modells behaupten, dass diese Diskrepanzen auf die Auswirkungen der Mantelzirkulation beim Aufsteigen der Plumes zurückzuführen sind, ein Prozess, der als Mantelwind bezeichnet wird. Daten aus alternativen Modellen legen nahe, dass viele Plumes nicht in die Tiefe steigen. Stattdessen liefern sie Beweise dafür, dass viele Mantelplumes als lineare Ketten auftreten, die Magma in Klüfte injizieren, aus relativ oberflächlichen Prozessen resultieren, wie z.B. dem lokalisierten Vorhandensein von wasserreichem Mantel, auf die isolierenden Eigenschaften der kontinentalen Kruste zurückzuführen sind (was zum Aufbau von eingeschlossener Mantelwärme und zur Dekompression der Kruste führt), oder auf Instabilitäten an der Schnittstelle zwischen kontinentaler und ozeanischer Kruste zurückzuführen sind. Darüber hinaus stellen einige Geologen fest, dass viele geologische Prozesse, die andere auf das Verhalten von Mantelplumes zurückführen, durch andere Kräfte erklärt werden können.