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TORIma Akademie — Vulkanologie

Hotspot (geology)

Geologie (geology)

In der Geologie sind Hotspots (oder Hotspots) vulkanische Orte, von denen angenommen wird, dass sie vom darunter liegenden Mantel gespeist werden, der im Vergleich zum umgebenden Mantel ungewöhnlich heiß ist.…

Im geologischen Kontext stellen Hotspots (auch als Hotspots bezeichnet) vulkanische Regionen dar, von denen angenommen wird, dass sie aus einem darunter liegenden Mantel stammen, der im Vergleich zum angrenzenden Mantel eine ungewöhnlich hohe Temperatur aufweist. Bemerkenswerte Beispiele umfassen die Hotspots Hawaii, Island und Yellowstone. Die geografische Lage eines Hotspots auf der Erdoberfläche funktioniert unabhängig von tektonischen Plattengrenzen, was zur Bildung von Vulkanketten führen kann, wenn die darüber liegenden Platten diese Fixpunkte durchqueren.

Zwei Haupthypothesen versuchen, die Entstehung dieser Phänomene aufzuklären. Die erste geht davon aus, dass Hotspots durch Mantelfahnen entstehen, die als thermische Diapire von der Kern-Mantel-Grenze aufsteigen. Umgekehrt geht die alternative Plattentheorie davon aus, dass die einem Hotspot zugrunde liegende Mantelquelle nicht von Natur aus ungewöhnlich heiß ist; Stattdessen ist die darüber liegende Kruste außergewöhnlich dünn oder brüchig, was die Ausdehnung der Lithosphäre und den passiven Aufstieg der Schmelze aus geringeren Tiefen erleichtert.

Ursprünge

Die konzeptionelle Grundlage von Hotspots geht auf die These von J. Tuzo Wilson aus dem Jahr 1963 zurück, die besagte, dass die Hawaii-Inseln durch die allmähliche Wanderung einer tektonischen Platte über eine unterirdische heiße Region entstanden seien. Anschließend wurde die Hypothese aufgestellt, dass Hotspots durch aufsteigende Ströme heißen Mantels aufrechterhalten werden, die von der Kern-Mantel-Grenze der Erde ausgehen und eine Struktur bilden, die als Mantelwolke bekannt ist. Die Existenz dieser Mantelwolken war ein wichtiger Streitpunkt in der Geowissenschaft; Allerdings liefern seismische Bilddaten nun Beweise, die mit diesem sich entwickelnden theoretischen Rahmen übereinstimmen.

Das Hotspot-Konzept wurde verwendet, um Vulkanismus zu erklären, der unabhängig von konstruktiven oder destruktiven Plattenrändern auftritt. Eine umfassende Übersicht von Courtillot et al. kategorisiert potenzielle Hotspots und unterscheidet zwischen primären Hotspots, die vom tiefen Erdmantel ausgehen, und sekundären Hotspots, die mit Mantelwolken in Verbindung stehen. Primäre Hotspots entstehen an der Kern-Mantel-Grenze und erzeugen ausgedehnte Vulkanprovinzen, die durch lineare Spuren gekennzeichnet sind (z. B. Osterinsel, Island, Hawaii, Afar, Louisville, Réunion und Tristan werden bestätigt; Galapagos, Kerguelen und Marquesas gelten als wahrscheinlich). Sekundäre Hotspots hingegen entstehen an der oberen/unteren Mantelgrenze und bilden typischerweise Inselketten und keine großen Vulkanprovinzen (z. B. Samoa, Tahiti, Cook, Pitcairn, Caroline, MacDonald wurden bestätigt, mit etwa 20 weiteren Möglichkeiten). Darüber hinaus können andere mutmaßliche Hotspots dadurch entstehen, dass flaches Mantelmaterial in Zonen mit lithosphärischer Ausdehnung an die Oberfläche tritt, was einen eindeutigen vulkanischen Mechanismus darstellt.

Schätzungen hinsichtlich der Verbreitung von Hotspots, von denen angenommen wird, dass sie von Mantelplumes getragen werden, schwanken erheblich zwischen etwa 20 und mehreren Tausend, obwohl die Mehrheit der Geologen im Allgemeinen die Existenz von einigen Dutzend annimmt. Hawaii, Réunion, Yellowstone, Galápagos und Island stellen einige der vulkanisch aktivsten Regionen dar, in denen diese Hypothese angewendet wird. Zeitgenössische Aufnahmen dieser Federn zeigen erhebliche Unterschiede in ihrer Breite und anderen Eigenschaften; Sie sind häufig geneigt und weichen von den zuvor erwarteten einfachen, relativ schmalen und rein thermischen Fahnenmodellen ab. Bisher wurde nur der Yellowstone-Plume vom tiefen Erdmantel bis zur Erdoberfläche konsistent modelliert und abgebildet.

Komposition

Die meisten Hotspot-Vulkane sind basaltischer Natur (z. B. Hawaii, Tahiti). Folglich ist ihre Eruptionsaktivität im Vergleich zu Vulkanen in der Subduktionszone, bei denen Wasser unter der darüber liegenden Platte eingeschlossen wird, typischerweise weniger explosiv. In kontinentalen Hotspot-Umgebungen interagiert aufsteigendes Basaltmagma mit der kontinentalen Kruste und schmilzt sie, wodurch Rhyolithe entstehen. Diese rhyolithischen Magmen sind in der Lage, äußerst heftige Eruptionen hervorzurufen; Beispielsweise entstand die Yellowstone-Caldera durch einige der heftigsten Vulkanexplosionen, die in der Erdgeschichte aufgezeichnet wurden. Dennoch kann es nach dem vollständigen Ausbruch des Rhyolits zu weiteren Aktivitäten kommen, die den Aufstieg von Basaltmagma durch die identischen lithosphärischen Spalten beinhalten. Das Ilgachuz-Gebirge in British Columbia ist ein Beispiel für diesen Prozess. Es entstand durch eine anfängliche komplexe Abfolge von Trachyt- und Rhyolith-Eruptionen, gefolgt von der späteren Extrusion basaltischer Lavaströme.

Die Hotspot-Hypothese ist derzeit eng mit der Mantel-Plume-Hypothese verbunden. Fortgeschrittene Zusammensetzungsanalysen von Hotspot-Basalten erleichtern neben Fortschritten bei seismischen Bildgebungstechniken nun auch die Korrelation von Proben über größere geografische Gebiete hinweg, was häufig mit der letztgenannten Hypothese in Zusammenhang steht.

Kontrast mit Subduction Zone Island Arcs

Hotspot-Vulkane entstehen theoretisch aus einem grundlegend anderen geologischen Prozess als Inselbogenvulkane. Inselbögen entstehen oberhalb von Subduktionszonen, insbesondere an konvergenten Plattengrenzen. Wenn zwei ozeanische Platten kollidieren, erfährt die dichtere Platte eine Subduktion und sinkt in einen tiefen Meeresgraben. Wenn diese Platte absinkt, gibt sie Wasser an die Basis der darüber liegenden Platte ab. Dieses Wasser interagiert mit dem umgebenden Gestein, verändert dessen Zusammensetzung und löst ein teilweises Schmelzen aus, das anschließend aufsteigt. Dieser magmatische Prozess erhält Vulkanketten aufrecht, ein Beispiel dafür sind die Aleuten-Inseln in der Nähe von Alaska.

Hotspot-Vulkanketten

Die ursprüngliche Formulierung der Mantel-Plume-/Hotspot-Hypothese ging davon aus, dass die darunter liegenden Feeder-Strukturen relativ zueinander stationär blieben, während sich kontinentale Landmassen und der Meeresboden über ihnen bewegten. Folglich sagt diese Hypothese die Bildung zeitlich fortschreitender Vulkanketten auf der Erdoberfläche voraus. Bemerkenswerte Beispiele sind die Yellowstone-Hotspot-Strecke, die durch eine Reihe erloschener Calderas gekennzeichnet ist, deren Alter in Richtung Westen zunimmt. In ähnlicher Weise zeigt der hawaiianische Archipel diesen Fortschritt, wobei die Inseln in Richtung Nordwesten immer älter und stärker erodiert werden.

Geologen haben versucht, Hotspot-Vulkanketten als Indikatoren für die Verfolgung der Bewegung der tektonischen Platten der Erde zu nutzen. Dieses Unterfangen stieß jedoch auf Herausforderungen aufgrund der Seltenheit außergewöhnlich langer Ketten, der Beobachtung, dass viele keine klare zeitliche Abfolge aufweisen (z. B. die Galapagosinseln) und des offensichtlichen Fehlens fester Positionen zwischen Hotspots relativ zueinander (z. B. Hawaii und Island). Aktuelle Erklärungen für diese Diskrepanzen deuten darauf hin, dass Mantelplumes wesentlich komplexer sind als ursprünglich angenommen und eine unabhängige Bewegung relativ zueinander und zu den darüber liegenden Platten aufweisen.

Im Jahr 2020 haben Wei et al. nutzte seismische Tomographie, um ein ozeanisches Plateau zu identifizieren, das vermutlich vor etwa 100 Millionen Jahren durch den hypothetischen Mantelwolkenkopf gebildet wurde, der mit der Hawaii-Emperor-Seebergkette in Verbindung steht. Dieses Plateau liegt derzeit bis zu einer Tiefe von 800 Kilometern unter Ostsibirien.

Postulierte Hotspot-Vulkanketten

Liste der postulierten Hotspot-Vulkanregionen

In der folgenden Hotspot-Liste bezeichnet „az“ den Azimut der Hotspot-Spur, während „w“ das „Gewicht“ oder die geschätzte Genauigkeit dieses Azimuts darstellt, wobei 1 die höchste Genauigkeit und 0,2 die niedrigste angibt.

Eurasische Platte

Afrikanische Platte

Antarktische Platte

Südamerikanische Platte

Nordamerikanische Platte

Australische Platte

Nazca-Platte

Pazifische Platte

Ehemalige Hotspots

Anorogener Magmatismus


Referenzen

„Platten vs. Federn: Eine geologische Kontroverse.“ Wiley-Blackwell, Oktober 2010.

Çavkanî: Arşîva TORÎma Akademî

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