Nordöstlich von Neuseeland taucht die Pazifische Platte unter die Australische Platte ab. Dabei nimmt sie auch Teile des Hikurangi-Plateaus mit in die Tiefe.
Kiel - Etwa 1.000 Kilometer nördlich von Neuseeland liegt die Kermadec-Inselgruppe im Pazifischen Ozean. Zu ihr gehört auch eine lange Kette dicht beieinanderstehender Unterwasservulkane. Sie alle sitzen auf dem östlichen Rand der australischen Erdplatte, die hier am sogenannten Kermadecgraben endet. Weiter östlich schließt sich die Pazifische Erdplatte an, die sich aber mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 24 Zentimeter pro Jahr nach Westen bewegt und im Kermadecgraben unter die Australische Platte abtaucht - in der Fachsprache Subduktion genannt.
Eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel fand jetzt heraus, dass Vulkanketten in Subduktionsgebieten Aufschluss über das Ausmaß abgetauchter Erdplatten geben können. Die in "Nature Communications" veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Einsichten in die Plattentektonik der Erde und in Vorgänge in Erdbebengebieten wie beispielsweise vor Neuseeland.
Ozeanische Kruste
Für ihre Studie machten sich die Forscher eine Besonderheit der Pazifischen Erdplatte zunutze: Sie ist nordöstlich von Neuseeland durch eine 15 bis 23 Kilometer hohe erstarrte Vulkankruste verdickt, das sogenannte Hikurangi-Plateau. Wenn die Pazifische Platte nun unter die australische Platte abtaucht, kommt es in diesem verdickten Bereich zu besonders großer Reibung.
Abtauchende Teile des Hikurangi-Plateaus zerbrechen hierbei und steigen aufgrund der dort herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse in den darüber liegenden Mantelkeil. Dort ist dieses Gesteinsgemisch an der Magmenentstehung der Kermadec-Vulkane beteiligt. "Dabei bleibt die besondere chemische Signatur des Hikurangi-Gesteins jedoch erhalten", erklärt Kaj Hoernle, Mitautor der Studie. "Wir haben Proben aus der Magmaschicht am Meeresboden mit geophysikalischen und geochemischen Methoden analysiert und konnten so ermitteln, wo und in welchem Ausmaß sich das Hikurangi-Plateau unter die Kontinentalplatte geschoben hat."
Zusammenhängendes Plateau
Die Wissenschafter konnten Spuren der für das Hikurangi-Plateau typischen Isotopenverhältnisse an mehreren Kermadec-Vulkanen auf der Australischen Kontinentalplatte über größere Distanzen nachweisen. "Das zeigt, dass das Hikurangi-Plateau in der Vergangenheit unterhalb der australischen Kontinentalplatte viel weiter nach Norden gewandert ist und ursprünglich deutlich größer war, als bislang vermutet", so Hoernle. "So lässt sich über das Magma der Vulkane die Vergangenheit der Erdplatten abbilden. Die Zusammensetzung des Magmas ist sozusagen der Fingerabdruck der Quelle".
Das Hikurangi-Plateau liegt ca. 3500 bzw. 5000 Kilometer von zwei weiteren großen vulkanischen Blöcken, dem Manihiki- und dem Ontong Java-Plateau entfernt. Man vermutet, dass diese Plateaus vor 120 Millionen Jahren durch einen ozeanischen Megavulkan innerhalb von wenigen Millionen Jahren entstanden sind und ein zusammenhängendes Vulkanplateau bildeten, welches einst ein Prozent der Erdoberfläche bedeckte.
Verbindungsstück
Durch spätere Bewegungen des Ozeanbodens ist dieses Megaplateau in drei Teile zerbrochen. Die Umrisse der Plateaus lassen sich theoretisch wie Puzzleteile zusammenfügen. Allerdings fehlte bisher ein signifikantes Stück, um Hikurangi mit Manihiki und Ontong Java zu verbinden.
"Da wir auch in umliegenden Gebieten Vulkane untersuchten und die neuseeländischen Kollegen umfangreiche geophysikalische Daten erhoben haben, konnten wir das vermisste Stück nun quasi als Nebenprodukt dieser Forschung unter den südlichen Kermadec-Vulkanen identifizieren", resümiert der Geologe Folkmar Hauff, ebenfalls Mitautor der Studie. (red, derStandard.at, 27.9.2014)