Eine große Region ungewöhnlich heißen Gesteins tief unter den Appalachen in den Vereinigten Staaten könnte mit der Trennung Grönlands und Nordamerikas vor 80 Millionen Jahren in Verbindung stehen, so das Ergebnis einer neuen Studie unter der Leitung der Universität Southampton.
Die Wissenschaftler argumentieren, dass es sich nicht, wie lange angenommen, um das Ergebnis plattentektonischer Bewegungen handelt, die vor 180 Millionen Jahren zur Abspaltung des nordamerikanischen Kontinents von Nordwestafrika führten.
Bei der fraglichen heißen Zone handelt es sich um die Northern Appalachian Anomaly (NAA), eine 350 Kilometer breite Region aus anomalem heißem Gestein, die etwa 200 Kilometer unter den Appalachen in Neuengland liegt.
Die heute in der Fachzeitschrift „Geology“ veröffentlichte Forschungsarbeit legt nahe, dass sich die NAA tatsächlich etwa 1.800 km von ihrem heutigen Standort entfernt entwickelte, als die Erdkruste in der Nähe der Labradorsee zwischen Kanada und Grönland zu zerbrechen begann.
Im Laufe der Zeit hat sich dieses Gebiet aus heißem, instabilem Gestein tief unter der Erdoberfläche langsam dorthin bewegt, wo es sich heute befindet – mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 km pro Million Jahre.
Die Forschung wurde von der Universität Southampton in Großbritannien, dem Helmholtz-Zentrum für Geowissenschaften in Potsdam (GFZ) in Deutschland und der Universität Florenz in Italien durchgeführt.
Tom Gernon, Hauptautor der Studie und Professor für Geowissenschaften an der Universität Southampton, sagte: „Dieser thermische Auftrieb ist seit langem ein rätselhaftes Merkmal der nordamerikanischen Geologie. Er liegt unter einem Teil des Kontinents, der 180 Millionen Jahre lang tektonisch ruhig war, daher war die Vorstellung, dass es sich lediglich um ein Überbleibsel aus der Zeit handelte, als die Landmasse auseinanderbrach, nie ganz stichhaltig.
Unsere Forschung legt nahe, dass es sich um einen viel größeren, langsamen Prozess tief unter der Erde handelt, der möglicherweise erklären könnte, warum Gebirgszüge wie die Appalachen noch stehen. Hitze an der Basis eines Kontinents kann Teile seiner dichten Wurzeln schwächen und entfernen, wodurch der Kontinent leichter und schwimmfähiger wird – wie ein Heißluftballon, der nach dem Abwerfen seines Ballasts wieder aufsteigt. Dies hätte dazu geführt, dass die alten Berge in den letzten Millionen Jahren weiter angehoben wurden.
Mantelwellentheorie
Die Wissenschaftler wandten sich einer neuen Idee zu, die sie kürzlich vorgeschlagen hatten und die sie „Mantelwellentheorie“ nannten. Diese Theorie wurde als Finalist für den Durchbruch des Jahres 2024 des Magazins Science ausgezeichnet .
Die Theorie beschreibt, wie sich heißes, dichtes Gestein nach dem Auseinanderbrechen von Kontinenten langsam von der Basis tektonischer Platten ablöst – ähnlich wie Klumpen in einer Lavalampe. Diese „Wellen“ ziehen sich über Millionen von Jahren an der Unterseite der Kontinente entlang und können seltene Vulkanausbrüche erklären, die Diamanten an die Oberfläche bringen, sowie die ungewöhnlich hohe Höhe mancher Binnenregionen.
Mithilfe moderner geodynamischer Simulationen, seismischer Tomographiedaten (ähnlich einem medizinischen Ultraschall, bei dem jedoch seismische Wellen zur Abbildung des Erdinneren verwendet werden) und Rekonstruktionen tektonischer Platten konnte das Forschungsteam den wahrscheinlichen Ursprung der NAA auf das Auseinanderbrechen der Labradorsee zurückführen, das vor 90 bis 80 Millionen Jahren stattfand, als sich Grönland von Kanada trennte.
Professor Sascha Brune, Koautor der Studie und Leiter der Sektion Geodynamische Modellierung am GFZ in Potsdam, sagte: „Diese konvektiven Instabilitäten führen dazu, dass mehrere zehn Kilometer dicke Gesteinsbrocken langsam von der Basis der äußeren Erdschicht, der Lithosphäre, absinken. Während die Lithosphäre dünner wird, steigt heißeres Mantelmaterial auf und nimmt ihren Platz ein. Dadurch entsteht eine warme Region, die als thermische Anomalie bezeichnet wird.“
„Unsere früheren Untersuchungen zeigen, dass sich diese Gesteinstropfen in Reihen bilden können, wie Dominosteine, wenn sie einer nach dem anderen fallen, und im Laufe der Zeit nacheinander wandern. Das Merkmal, das wir unter Neuengland sehen, ist sehr wahrscheinlich einer dieser Tropfen, der weit entfernt von seinem heutigen Standort entstand.“
Sollte dies zutreffen, wanderte die NAA vermutlich langsam südwestwärts durch die nordamerikanische Lithosphäre mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 Kilometern pro Million Jahre, was weitgehend mit unabhängigen geodynamischen Vorhersagen übereinstimmt. Die aktuelle Größe der NAA (etwa 350 Kilometer Durchmesser) und Tiefe entsprechen weitgehend den Modellvorhersagen für solche wandernden Instabilitäten.
Den Untersuchungen des Teams zufolge wird das Zentrum der Anomalie innerhalb der nächsten 15 Millionen Jahre unter der Region New York verlaufen.
Ein Spiegel der NAA
Die Studie geht außerdem davon aus, dass eine ähnliche anomale heiße Zone unter Nord-Zentralgrönland denselben Ursprung haben könnte, was sie praktisch zu einem spiegelbildlichen Zwilling der NAA machen würde – sie entstand an der gegenüberliegenden Seite der Labradorsee, als diese auseinanderdriftete.
Unter Grönland trägt diese thermische Anomalie zu einem erhöhten Wärmefluss an der Basis der kilometerdicken Eisdecke bei und beeinflusst, wie sich das Eis heute bewegt und schmilzt.
Auf diese Weise „spielen urzeitliche Wärmeanomalien weiterhin eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung der Dynamik kontinentaler Eisschilde von unten“, sagte Professor Gernon.
Credits
Universität Southampton
