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Bermudas strahlende Küsten und rosafarbenen Sandstrände liegen auf einem geologischen Rätsel: einer breiten Wölbung der ozeanischen Kruste, die nach allen Erwartungen längst unter den Meeresspiegel gesunken sein sollte. Neue seismische Analysen deuten darauf hin, dass die anhaltende Erhebung der Inseln nicht einem aktiven Mantelplume zu verdanken ist, sondern einer dicken, auftriebsfähigen Gesteinsschicht, die während uralten Vulkanismus unter die Kruste eingebracht wurde.
Eine auftriebsfähige Unterplatte erklärt Bermudas anhaltende Wölbung
Der Bermuda-Archipel — bestehend aus rund 181 Inseln und entstanden vor etwa 33 Millionen Jahren — ist ein Überrest von vulkanischer Aktivität auf dem Meeresboden des Atlantiks. Klassische vulkanische Inselketten wie Hawaii zeigen eine klare Plume-Spur, altersprogressive Vulkane und andauernden Mantelaufstieg, doch Bermuda fehlt genau diese Signatur. Kartierungen des Meeresbodens zeigen eine bathymetrische Wölbung unter den Inseln, und Geologen standen vor der Frage, wie diese Wölbung ohne einen aktiven, tiefen Mantelplume stabil bleiben kann.
Seismologen wie William Frazer (Carnegie Science) und Jeffrey Park (Yale University) sind dem Problem erneut nachgegangen, indem sie seismische Aufzeichnungen von Wellen analysierten, die unter Bermuda hindurchliefen. Seismische Wellen reisen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, abhängig von Temperatur, Mineralzusammensetzung und Dichte des Gesteins; ihre Ankunftszeiten tragen somit Informationen über die tieferen Strukturen. Frazer und Park fanden anomale Signale, die mit einer relativ wenig dichten, etwa 20 Kilometer dicken Schicht unterhalb der ozeanischen Kruste konsistent sind.
Diese Illustration zeigt die Unterplatte, die dazu beitragen könnte, dass Bermuda "über dem Wasser schwebt".
„Wir identifizieren Merkmale, die mit einer ~20 Kilometer dicken Gesteinsschicht unterhalb der ozeanischen Kruste zusammenhängen, die bislang noch nicht berichtet wurde“, schreiben die Autoren. Ihre Interpretation lautet, dass vulkanische Einlagerungen vor circa 30–35 Millionen Jahren eine Ansammlung maficen Materials in geringen Manteltiefen hinterließen — eine sogenannte Unterplatte — deren geringere Dichte und damit verbundener Auftrieb die Krustenwölbung weiterhin stützen. Effektiv übernimmt die Unterplatte die Aufgabe, die normalerweise ein Mantelplume erfüllen würde, indem sie die Inseln höher hält als den umgebenden Meeresboden.
Die Idee einer Unterplatte (engl. underplate) beschreibt einen Prozess, bei dem basaltisches bzw. mafisches Material aus magmatischen Quellen an der Basis der Kruste akkumuliert, anstatt vollständig durchzufließen oder an der Oberfläche als Vulkanismus zu erscheinen. Solche Unterplatten können sich über geologische Zeiträume stabilisieren und die isostatische Lage der Kruste verändern, wodurch lokal eine positive Bathymetrie entsteht. In geologischen Kontexten wie dem von Bermuda bieten solche Modelle eine plausible Erklärung dafür, wie erhöhte Reliefs ohne heutige Wärmequelle erhalten bleiben können.
Für die Interpretation spielen mehrere geophysikalische Parameter eine Rolle: Dichtekontraste zwischen Kruste, Unterplatte und oberem Mantel, Wärmeleitfähigkeit, rheologische Eigenschaften des Materials sowie die langfristige Isostasie. Modellentwürfe zeigen, dass bereits moderate Dichteabnahmen in einer 10–30 km dicken Schicht ausreichen können, um eine spürbare Hebung der Kruste zu bewirken, speziell wenn diese Schicht an der Krustenbasis verharrt und nicht schnell rekristallisiert oder subskribiert wird.
Seismische Methoden, Interpretation und wissenschaftliche Implikationen
Die Detektion einer Unterplatte erfordert sorgfältige seismische Tomographie, Wellenformanalyse und oft die Kombination verschiedener seismischer Datensätze wie teleseismischer Tomographie, Receiver-Funktionen und lokaler Erdbebenaufzeichnungen. Frazer und Park analysierten die Geschwindigkeitsanomalien von Erdbebenwellen, insbesondere wie sich P- und S-Wellen beim Durchqueren der Regionen unter Bermuda verlangsamten oder beschleunigten. Langsame Laufzeiten deuten typischerweise auf heißeres oder weniger dichtes Material hin, während schnelle Laufzeiten für dichtere Gesteine sprechen. Ihre Modelle bevorzugen ein sedimentiertes, dennoch festes Material, das dick genug ist, um die Krustenauftriebsbilanz zu verändern, ohne heutige vulkanische Aktivität vorauszusetzen.
Seismische Tomographie liefert ein dreidimensionales Bild der Geschwindigkeitsverteilung im Untergrund, doch die Interpretation ist nicht trivial: Auflösung, Inversionsannahmen und Datenabdeckung beeinflussen, wie sicher eine Anomalie beschrieben werden kann. Die Autoren kombinierten mehrere Methoden, um mögliche Artefakte zu minimieren: sie werteten Ankunftszeiten, Wellenformmuster und Sensitivitätskerne aus, und testeten alternative Erklärungen wie Temperaturgradienten, Wassergehalt, unterschiedliche Minerale oder tektonische Strukturen. Trotz dieser Faktoren blieben die Befunde robust und stützten das Modell einer mächtigen, weniger dichten Schicht direkt unterhalb der ozeanischen Kruste.
Technisch gesehen deuten die beobachteten Laufzeitanaomalien auf eine Reduktion der seismischen Geschwindigkeiten um einige Prozent gegenüber dem umgebenden Mantel an, was in geophysikalischen Modellen durch gesteigerte Porosität, partiellen Schmelz, oder veränderte Mineralphasen erklärt werden könnte. Die Autoren tendieren jedoch zu einer Interpretation als verdichtetes, mafisches Material, das sich bei flacherer Manteltiefe akkumulierte und nach dem Abklingen des mit dem Vulkanismus assoziierten Wärmeeintrags relativ rasch erstarrte und stabilisierte.
Wichtige methodische Ergänzungen, die künftig die Hypothese weiter testen könnten, sind unter anderem gezielte Ozeanboden-Seismometer-Stationen (OBS), erweiterte receiver-function-Analysen zur Bestimmung von Diskontinuitäten, und kombinierte Gravimetrie- und Magnetfeldmessungen, um Dichte- und Zusammensetzungsvariationen besser zu quantifizieren. Bohrprojekte wie IODP (International Ocean Discovery Program) könnten schlussendlich direkte Belege durch Proben vom Meeresboden und unterlagernden Sequenzen liefern, wenngleich derartige Bohrungen komplex und teuer sind.
Warum das wichtig ist
- Geologischer Kontext: Wird die Unterplatten-Hypothese bestätigt, so gilt Bermuda als ein Lehrbeispiel dafür, wie magmatische Einlagerungen bei episodischem Vulkanismus langfristig crustale Unterstützung erzeugen können, ohne dass ein tiefer, thermischer Mantelplume fortlaufend aktiv ist. Das verändert das Verständnis von Inselbildungsprozessen und der Rolle von Unterplatten in der Ozeankruste.
- Meeresspiegel- und Gefährdungsaspekte: Eine Unterplatte kann die Absenkung von Inseln verzögern, sie verhindert aber nicht den globalen Meeresspiegelanstieg. Küstengefährdung, Erosion und Überflutungsrisiken bleiben real, und niedrige Koralleninseln wie Bermuda sind weiterhin anfällig für künftige Überflutungen und Sturmfluten.
- Breitere Relevanz: Ähnliche Mechanismen könnten andere rätselhafte Wölbungen auf ozeanischen Platten erklären, wo klassische Plume-Indikatoren fehlen. Das Verständnis solcher Prozesse ist für die Interpretation von Bathymetrie, geologischer Evolution und Rohstoffverteilung auf dem Meeresboden bedeutsam.
Die Studie, veröffentlicht in Geophysical Research Letters, stellt Bermudas Geologie in ein neues Licht und zeigt, wie seismische Tomographie subtile, aber entscheidende Merkmale unter dem Meeresboden aufdecken kann. Indem Forscher die natürlichen Schwingungen der Erde lesen, können sie die lange, dynamische Geschichte rekonstruieren, die dafür sorgt, dass manche Inseln unerwartet hoch liegen. Solche Erkenntnisse tragen zu einem differenzierteren Verständnis der Wechselwirkung zwischen Vulkanismus, Krustenstruktur und isostatischen Prozessen bei.
Aus geophysikalischer Sicht betont die Arbeit die Bedeutung, multiple Datentypen zu integrieren: seismische Geschwindigkeiten, Anisotropie-Analysen, Gravimetrie und Magnetik können zusammen eine robustere Aussage darüber liefern, ob es sich tatsächlich um eine dicke unterplattenartige Schicht handelt oder um eine Kombination aus thermischen und compositionalen Effekten. Die Autoren schlagen vor, dass zukünftige Studien die räumliche Ausdehnung der Anomalie genauer begrenzen und die zeitliche Entwicklung mittels numerischer Modellierungen rekonstruieren.
Für die Geo-Community ergeben sich mehrere konkrete Forschungsfragen: Wie homogen ist die Unterplatte lateral? Welche chemische Zusammensetzung hat das mafische Material, und wie unterscheidet es sich von klassischem basaltischem Ozeanboden? Gibt es Hinweise auf Teilverflüssigung oder strukturelle Heterogenität, die noch nicht aufgelöst wurden? Und schließlich: Kann das Unterplatten-Modell auf andere Regionen des Atlantiks oder anderer Ozeane übertragen werden?
Die Bedeutung dieser Forschung liegt auch in ihrer Fähigkeit, geologische Risiken besser einzuschätzen. Wenn Unterplatten längerfristig Inselhebungen stabilisieren können, verändert das die zeitliche Perspektive für Küstenschutzmaßnahmen, Raumplanung und ökologisches Monitoring. Zugleich muss betont werden, dass geologische Auftriebsmuster die menschlichen Zeitmaßstäbe oft übersteigen und nicht als zuverlässiger Schutz gegen menschengemachte Veränderungen wie den globalen Meeresspiegelanstieg interpretiert werden dürfen.
Zusammenfassend zeigt die Untersuchung, wie detaillierte geophysikalische Analysen und seismische Tomographie dazu beitragen können, altbekannte geologische Fragestellungen neu zu bewerten. Die Unterplatten-Hypothese für Bermuda ist plausibel, gut begründet und eröffnet konkrete Wege für weitere, interdisziplinäre Forschung in Geophysik, Vulkanologie und Meeresgeologie.
Quelle: sciencealert
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