Yellowstone (Vulkan)

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Darstellung des Yellowstone-Hotspots

Der Yellowstone ist ein Vulkankomplex unter dem gleichnamigen Nationalpark im US-Bundesstaat Wyoming.

Vulkanismus

Calderen im Yellowstone-Gebiet

Ein Hot Spot, das heißt eine Zone, an der heißes Mantelmaterial unter der Erdkruste aufsteigt, ist der Ursprung des rund 17 Millionen Jahre alten Vulkansystems. Die nordamerikanische Platte hat sich über diesen relativ fest verankerten Hot Spot geschoben, wobei die Lithosphäre durch tektonische und magmatische Prozesse stark verändert wurde. Gleichzeitig bildete sich das über 700 km lange Yellowstone-Snake-River-Vulkansystem,[1][2] dessen sichtbarste Spuren etliche Calderen bilden. Ihre Spuren lassen sich teilweise sehr klar verfolgen.

Der Mantle Plume des Hot-Spots reicht nach jüngeren Daten aus dem Jahr 2015 bis an die oberste Mantelschicht in einer Tiefe von etwa 63 km.[3] Seine Hitze führt zu einer partiellen Aufschmelzung der basischen unteren Erdkruste oberhalb der Moho, die bei ~45 km Tiefe anzusetzen ist. Diese tiefe Magmakammer wird auf ein Volumen von ~46,000 km³ bestimmt und wurde 2015 erstmals nachgewiesen. Sie ist durch Hitzeströme mit der schon vorher bekannten oberen Magmakammer verbunden. Sie konnte durch neue Auswertungen von seismischen Daten auf eine Tiefe von maximal 20 km und ein ungefähres Volumen von ~10,000 km³ bestimmt werden. Er ist aufgrund seiner Lage in der oberen Erdkruste felsisch und speist den Vulkanismus der Oberfläche. Die untere Magmakammer hat einen Anteil von rund 2 % geschmolzenen Materials, der der oberen kann auf etwa 9 % angenommen werden.

Der Mantle Plume hat eine Aufwölbung von 400 km Breite und 500 m Höhe am Yellowstone-Plateau erzeugt. In den letzten Jahren werden zudem mit geodätischen Messgeräten Deformationen und Subsidenz, d.h. Aufwölbung und Einsinken im Vulkansystem genau verfolgt. Im Schnitt ergeben sich dabei Bewegungen von 2 cm im Jahr. In den Jahren 2004–2009 konnte man allerdings eine beschleunigte Aufwölbungsbewegung feststellen, die als frische Magmaintrusion in die waagrechten Gänge oberhalb der eigentlichen Magmakammer in 10 km Tiefe interpretiert wurde.[1]

Bis zu 2000 meist schwache Erdbeben werden jährlich, durch den Vulkanismus der Region bedingt, registriert.

Bisher belegte Ausbrüche

Scheinbare Bewegung des Yellowstone-Hotspots seit 17 Millionen Jahren
Ausbreitung der Aschedecken im Vergleich zu anderen Ausbrüchen

Der Yellowstone Hot Spot

Durch die sich über den Hot Spot schiebende Kontinentalplatte ergeben sich über die Jahrmillionen erkennbare Spuren der vulkanischen Tätigkeit, in diesem Fall eine Kette von Calderen auf dem nordamerikanischen Kontinent. Die Magmakammer ist rund 60 km lang, 35 km breit, 8-10 km mächtig[1] und erwärmt unterirdische Wasservorkommen, die, wie der Old Faithful, teilweise als Geysire an die Oberfläche treten.[4]

Geologische Untersuchungen zeigen, dass der Yellowstone-Hotspot seit 17 Millionen Jahren aktiv ist und in dieser Zeit sich infolge der Plattentektonik die Erdoberfläche so verschoben hat, dass der Hot Spot scheinbar rund 700 km vom heutigen nördlichen Nevada über das südliche Idaho an seinen heutigen Ort gewandert ist.[5] Dabei schuf er das Grundgestein der Snake River Plain und hinterließ eine basaltisch-rhyolitische Magma-Tasche, die zeitweilig eine Hebung von 15 cm im Gebiet des Snake River verursachte.[1]

Die calderenbildenden Eruptionen

Die letzten drei der sehr großen Ausbrüche des Yellowstone-Hotspots fanden im heutigen Nationalpark beziehungsweise in seinem unmittelbaren Umfeld vor 2,1 Millionen (Huckleberry-Ridge-Ausbruch), 1,3 Millionen (Mesa-Falls-Ausbruch) und 0,64 Millionen Jahren (Lava-Creek-Ausbruch) statt.[6]

Am stärksten war der erste der drei erwähnten Ausbrüche vor rund 2,1 Millionen Jahren. Dabei entstand eine Caldera von ca. 80 × 50 km. Rund 2500 km³ Material wurden ausgeworfen. Neueste Studien deuten allerdings darauf hin, dass die Mengen an ausgeworfenem Material bei diesem sogenannten Huckleberry-Ridge-Ausbruch nicht auf eine, sondern auf mindestens zwei, wenn nicht mehr Eruptionen zurückzuführen sind, zwischen denen 4000 Jahre lagen.[7] Klemetti zitiert den Artikel und erwähnt eine Verteilung auf sogar drei Phasen, die jeweils 1340 km³, 820 km³ und 290 km³ produziert hätten. Immer noch sehr beträchtliche Mengen, aber doch nicht so viel wie zunächst von Wissenschaftlern angenommen.[8]

Die zweite Eruption vor rund 1,3 Millionen Jahren war die kleinste der drei; nur 280 km³ Material wurden ausgeworfen.[9]

Die dritte calderabildende Eruptionsserie vor rund 640.000 Jahren schuf eine überlappende Gesamt-Caldera von 80 km Länge und 55 km Breite. Der Ausbruch war wie die vorangegangenen auch durch die Aktivierung von Magmen in oberflächennahen Magmakammern initiiert worden. Neben enormen Aschenmengen, deren Spuren bis nach Kalifornien reichen, produzierte er unter anderem zahlreiche pyroklastische Ströme. Die hierbei entstandenen Ignimbrite werden Lava Creek Tuff genannt und sind in den Klippen des Madison Canyon zu sehen.[10]

Aufgrund der Stärke dieser Ausbrüche wird der Yellowstone-Vulkan zu den Supervulkanen gezählt.

Spätere Ausbrüche im System

Basaltsäulen beim Tower Fall im Yellowstone-Nationalpark

Nach diesen ganz großen Ausbrüchen gab es keine Ruhe, die folgenden Ausbrüche waren aber bei weitem nicht so katastrophal.

Tuffablagerungen von zwei späteren explosiven Eruptionen vor 170.000 (Bluff Point Tuff) und 140.000 Jahren (Cold Mountain Creek Tuff) zeigen ein ausgeworfenes Volumen von 50 bzw. 10 km³, was immerhin die Stärke 6 auf dem Vulkanexplosivitätsindex ausmacht.[11]

Weitere effusive rhyolitische Lavaausbrüche im Zeitraum von vor 180.000 bis vor 70.000 Jahren füllten mit einem Gesamtvolumen von 600 km³ die Caldera fast ganz wieder aus und bildeten das heutige Yellowstone-Plateau.[12]

Im Holozän gab es kleinere Ausbrüche vor jeweils ca. 9.400 Jahren am Turbid Lake, vor 8.050 Jahren am Elliot's Crater, vor 5.050 Jahren am Duck Lake und den Evil Twin Craters und zuletzt vor 3.350 Jahren am Indian Pond Crater. Dabei handelte es sich ausschließlich um lokale Dampfexplosionen.[13]

Ablauf möglicher Eruptionen in der Zukunft

Auch heute besitzt der Yellowstone noch eine große Magmakammer, so dass ein ähnlich großer Ausbruch weiterhin irgendwann möglich erscheint. Geologische Veränderungen, beispielsweise das Anheben der Calderastruktur in den letzten Jahrzehnten, lassen einen Ausbruch in geologisch naher Zukunft — innerhalb der nächsten Jahrtausende — als wahrscheinlich erscheinen. Allerdings rechnet der US Geological Survey (USGS), in den USA das für die Überwachung des Systems verantwortliche geologische Untersuchungsamt, nicht damit, dass es in naher Zukunft zu bedeutenden Ausbrüchen im System kommt. Man rechnet eher mit weiterem Wirken der Hochtemperaturgebiete, phreatischen Explosionen und mittlerer bis starker Erdbebentätigkeit.[10]

Seit 1995 tritt ein neues Muster der seismischen Aktivitäten auf. Der USGS berichtete, dass sich der nördliche Kraterrand hob, während die Basis sich senkte. Diese gegenläufigen Bewegungen nahmen stetig zu, kamen im Jahr 2003 aber wieder annähernd zum Stillstand. Um den Jahreswechsel 2008/2009 wurde eine Häufung kleiner und kleinster Erdbeben beobachtet,[14] bis März 2009 war die seismische Aktivität jedoch wieder auf ihrem langjährigen Durchschnittsniveau angekommen.

Diese Bewegungen werden vermutlich durch geschmolzenen Basalt verursacht, der in den unterirdischen Magmakanälen strömt. In den 1990er Jahren wurden diese vermutlich dadurch verstärkt, dass ein Magma-Schub aus dem oberen Erdmantel in das Yellowstone-Vulkansystem strömte. Da anscheinend nur wenig Magma wieder abfloss, erhöhte sich der Druck, wodurch neue Gesteinsklüfte entstanden, die wiederum eine bessere Verbindung zum tiefer liegenden Magma-Reservoir schufen. Die Bewegungen führten zu vermehrten geothermischen Aktivitäten in diesem Gebiet.

Solche Phasen „thermischer Unruhe“ haben laut den Wissenschaftlern des USGS bereits wiederholt stattgefunden, bislang ohne Folgen in der jüngeren Vergangenheit.

Filme

2005 ließ BBC eine Mischung aus Dokudrama und fiktivem Katastrophenfilm drehen, die sich mit einem Ausbruch des Yellowstone beschäftigt. Der Film lief unter dem Titel Supervolcano (dt. Supervulkan).

Am 12. November 2009 erschien Roland Emmerichs Film 2012, der unter anderem vom Ausbruch des Supervulkans handelt.

Weblinks

Commons: Yellowstone Geologie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur

  • Ilya N. Bindeman, Bin Fu, Noriko T. Kita, John W. Valley: Origin and Evolution of Silicic Magmatism at Yellowstone Based on Ion Microprobe Analysis of Isotopically Zoned Zircons. In: Journal of Petrology. Band 49, Nr. 1, 1. Januar 2008, S. 163–193, doi:10.1093/petrology/egm075 (oxfordjournals.org).
  • Katrina R. DeNosaquo, Robert B. Smith, Anthony R. Lowry: Density and lithospheric strength models of the Yellowstone–Snake River Plain volcanic system from gravity and heat flow data. In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 188, Nr. 1–3, 20. November 2009, S. 108–127, doi:10.1016/j.jvolgeores.2009.08.006 (sciencedirect.com).

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d Robert B. Smith , Lawrence W. Braile: Crustal Structure and Evolution of an Explosive Silicic Volcanic System at Yellowstone National Park, Geology of Yellowstone Park Area; 33rd Annual Field Conference Guidebook, 1982, Pages 233 – 250 Abstract; abgerufen: 22. September 2012
  2. ↑ Robert B. Smith, Michael Jordan, Bernhard Steinberger, Christine M. Puskas, Jamie Farrell, Gregory P. Waite, Stephan Husen, Wu-Lung Chang, Richard O'Connell: Geodynamics of the Yellowstone hotspot and mantle plume: Seismic and GPS imaging, kinematics, and mantle flow. In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 188, Nr. 1–3, 20. November 2009, S. 26–56, doi:10.1016/j.jvolgeores.2009.08.020 (PDF; 17,4MB).
  3. ↑ Hsin-Hua Huang, Fan-Chi Lin, et al.: The Yellowstone magmatic system from the mantle plume to the upper crust. In: Science, Online-Vorab-Veröffentlichung am 23. April 2015, DOI:10.1126/science.aaa5648
  4. ↑ Yellowstone im Global Volcanism Program der Smithsonian Institution (englisch)
  5. ↑ Mark Anders: Yellowstone hotspot track. In: columbia.edu. Abgerufen am 1. März 2016 (englisch).
  6. ↑ Yellowstone Caldera. Yellowstone Hotspot und Vulkanismus. In: Stromboli online. 23. August 2007, abgerufen am 1. März 2016.
  7. ↑ Ben S. Ellis, Darren F. Mark u. a.: Temporal dissection of the Huckleberry Ridge Tuff using the 40Ar/39Ar dating technique. In: Quaternary Geochronology. 9, 2012, S. 34–41, doi:10.1016/j.quageo.2012.01.006.
  8. ↑ Erik Klemetti: Giant Eruptions from Yellowstone Caldera May Have Taken Millennia. In: wired.com. Wired, 5. März 2012, abgerufen am 1. März 2016 (englisch).
  9. ↑ Three Volcanic Cycles of Yellowstone. In: usgs.gov. U.S. Geological Survey, abgerufen am 1. März 2016 (englisch).
  10. ↑ a b Jacob B. Lowenstern, Robert L. Christiansen, Robert B. Smith, Lisa A. Morgan, Henry Heasler: Steam Explosions, Quakes, and Volcanic Eruptions – What’s in Yellowstone’s Future? USGS Fact Sheet 2005-3024. In: usgs.gov. U.S. Geological Survey, abgerufen am 1. März 2016 (englisch).
  11. ↑ Guillaume Girard, John Stix: Future volcanism at Yellowstone caldera: Insights from geochemistry of young volcanic units and monitoring of volcanic unrest. In: GSA Today. Band 22, Nr. 9, 2012, S. 4–10, doi:10.1130/GSATG143A.1 (PDF; 1,5MB).
  12. ↑ Summary of Eruption History. In: usgs.gov. U.S. Geological Survey, abgerufen am 1. März 2016 (englisch).
  13. ↑ Yellowstone – Eruptive History in GVP; abgerufen: 22. September 2012
  14. ↑ Yellowstone Lake Earthquake Swarm Summary. In: usgs.gov. U.S. Geological Survey, Januar 2009, abgerufen am 1. März 2016 (englisch).

Koordinaten: 44° 24′ N, 110° 42′ W

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