Theorien zur Entstehung der kanarischen Inseln – Teil 3

Edge Driven Convection und Entstehung der Inseln
Die Hotspot–Hypothese, wahrscheinlich in Verbindung mit der Instabilitäts-Hypothese, liefert bisher die schlüssigste Erklärung für die Entstehung der Kanarischen Inselkette auf der Afrikanischen Platte. Wie bereits erwähnt, passen jedoch einige Beobachtungen nicht ganz in dieses Bild. Das räumliche Abseits einiger vulkanischer Zentren von der Hotspot-Spur, die breite Streuung der Inselkette und die außergewöhnlich lange und teils wiederkehrende vulkanische Aktivität einzelner Inseln lassen sich nicht allein durch das klassische Hotspot-Modell erklären.
Gastbeitrag von Rainer Olzem und Timm Reisinger
Autoren des Buches: Geologischer Wanderführer La Palma.

Artikelserie in 3 Teilen
Teil 1: Die Hotspot-Theorie
Teil 2: Die Atlas, Instabilitäts- Hypothese
3: Edge Drive Convection, …

Kratone

Die letzten vulkanischen Eruptionen fanden auf Lanzarote im 18. und im 19. Jahrhundert statt, auf Tenerife sogar noch 1909, nämlich der Ausbruch des Chinyero. Deshalb gehen einige Geologen von einer Interaktion des Kanarischen Mantelplumes mit einer sogenannten Edge Driven Convection (EDC) aus. Edge Driven Convection könnte man mit Kontinental- rand-Konvektion übersetzen. Als EDC wird eine lithologische Instabilität an der Grenze zwischen einer
dicken Kontinentalplatte und einer dünnen ozeanischen Platte bezeichnet. Die dicke Kontinentalplatte ist hier der Westafrikanische Kraton.
Kratone sind die stabilen alten Festlandskerne der Kontinentalplatten, die meist seit Beginn des Paläozoikums keiner tektonischen Umformung unterlagen und Dicken von mehr als 250 km aufweisen können. Die Mächtigkeit des Westafrika-Kratons wird auf 150 km geschätzt, die der westlich vorgelagerten ozeanischen Platte dagegen auf weniger als ca. 10 km.

Historisches Foto der Chinyero-Eruption von 1909

Durch den Wechsel in der Mächtigkeit der Lithosphärenplatten entstehen laterale Temperatur- und Viskositätsunterschiede, die einen relativ kleinmaßstäblichen Konvektionsfluss im Erdmantel verursachen. Der Konvektionsfluss entsteht durch das Absinken von kühlem Gesteinsmaterial höherer Dichte am Rand der mächtigen Kontinentalplatte (Downwellings: blaue Pfeile) und durch das Aufsteigen von heißem Gesteinsmaterial geringerer Dichte am Hotspot (Upwellings, rote Pfeile). Die mit einer geschätzten mittleren Geschwindigkeit von 20 – 30 mm/Jahr auf- und absteigenden plastischen Gesteine bilden schließlich eine geschlossene Konvektionswalze.

Stillstand des EDC

Für die Kanarischen Inseln bedeutet das, dass die an der Oberfläche sichtbare Erscheinungsform des Vulkanismus sowohl durch einen ortsfesten Mantelplume als auch durch die Upwellings einer kleinräumigen Edge Driven Konvektionszelle entstanden ist.

Interaktion von Hotspot und Edge Driven Convection als Entstehungshypothese der Kanaren (Carracedo, verändert nach Geldmacher et al., 2005)

EDC funktioniert so lange, wie die kontinentale Platte und der Magmenaufstieg über dem Hotspot Einfluss auf die Konvektion nehmen können. Es wird angenommen, dass die Reichweite der Upwellings maximal etwa 600 bis 1.000 km vom Hotspot aus betragen kann. Zurzeit liegt die dem afrikanischen Kontinent nächste Insel Fuerteventura ca. 100 km und die westlichste Insel La Palma ca. 500 km vom afrikanischen Kraton entfernt. Legt man die aktuelle Driftgeschwindigkeit der afrikanischen Platte von 2,3 bis 3 cm/Jahr, die momentane Lage des Hotspots unter La Palma und die oben genannten Reichweiten zugrunde, so könnte die EDC in ca. 3,5 bis 22 Millionen Jahren zum Stillstand kommen.

Tunnel zwischen den Kanaren und dem Atlas-Gebirge?

Analysen von vulkanischen Gesteinen des Atlas-Gebirges in Nordwest-Afrika zeigen einen chemischen Fingerabdruck, der dem der vulkanischen Gesteine der Kanarischen Inseln sehr ähnlich ist. Mitarbeiter des Leibnitz-Instituts für Meereswissenschaften in Kiel (IFM-GEOMAR) haben dazu eine Hypothese aufgestellt: Die Vulkane würden über eine Art Tunnel an der Unterseite der nordwestafrikanischen Platte von den Kanaren aus gespeist.
„Dabei wissen wir, dass der kanarische Hotspot an Afrika vorbeigefahren ist“ so ein Wissenschaftler von IFM-GEOMAR in der internationalen Fachzeitschrift „Geology“. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Gesteine aus dem Atlas-Gebirge dennoch aus sehr ähnlichem Material aus dem oberen Erdmantel stammen. Geophysikalische Studien hatten bereits gezeigt, dass die Untergrenze der Platte unter dem Atlas-Gebirge anomal dünn ist.

Schema des Mechanismus zwischen Kanarischem Hotspot und Nordwest-Afrika (S. Duggen, IFM-GEOMAR, 2009)

Die Untergrenze liegt dort in nur rund 75 Kilometer Tiefe, statt der sonst durchschnittlichen 150 Kilometer. Setzen wir die Informationen zusammen, handelt es sich räumlich betrachtet um eine Art Korridor an der Unterseite der nordwest-afrikanischen Platte“ so der Wissenschaftler.
Der Korridor soll rund 1.000 km lang und 250 km breit sein. Der westliche Tunneleingang liegt in der Nähe der Kanarischen Inseln, wo Material aus dem tiefen Erdmantel am Hotspot aufsteigt. Ein Teil davon wird abgelenkt, strömt in den Korridor unter dem Atlas-Gebirge ein und schmilzt lokal auf. Über viele Millionen Jahre hätte das aufsteigende Erdmantel-Material des Kanaren-Hotspots auf diese Weise Vulkane in Nordwest-Afrika mit Magma speisen können.

Autor: Rainer