Gewaltige Zonen tief unter Afrika und dem Pazifik stehen mit stärkerem Vulkanismus auf dem Meeresboden in Verbindung. Eine Analyse von Unterseebergen zeigt, dass der Meeresboden dort besonders viel vulkanisches Gestein trägt, wo er früher über diese Bereiche hinweggezogen ist. Die Forscher vermuten aufsteigende Mantelplumes als Verbindung zwischen den tiefen Strukturen und den Vulkanen. Der statistische Zusammenhang belegt jedoch keine einzelnen Plumes und dokumentiert auch keine aktuell wachsenden Vulkane.
Clinton Conrad und Mathew Domeier von der Universität Oslo werteten Kataloge von Seamounts aus und verglichen deren vulkanisches Volumen mit der geologischen Vergangenheit des Meeresbodens. Im Mittelpunkt stand die Frage, ob ozeanische Platten früher über bestimmte Strukturen am tiefsten Rand des Erdmantels gewandert waren. Die Arbeit erschien in Nature Geoscience und ordnet einen Teil des Vulkanismus innerhalb der Ozeanplatten einem Prozess zu, der weit unterhalb der Erdkruste beginnt. Ihre Auswertung verbindet damit die Gestalt des Meeresbodens mit Vorgängen nahe dem Erdkern.
Für die Untersuchung ist wichtig, zwischen einem einzelnen Vulkanausbruch und einer langfristigen geologischen Spur zu unterscheiden. Conrad und Domeier beobachteten keine neuen Eruptionen und begleiteten auch keinen wachsenden Unterwasservulkan. Stattdessen prüften sie, ob sich die Verteilung vulkanischer Unterwasserberge mit der Bewegung der Erdplatten und den Strukturen im tiefen Mantel deckt. In einer Meldung der Universität Oslo erläutern die Forscher, weshalb solche Seeberge auch für die Erforschung des Ozeans wichtig sind.
Seamounts sind Berge, die sich vom Meeresboden erheben, ohne zwangsläufig die Wasseroberfläche zu erreichen. Viele entstanden durch wiederholte Ausbrüche und gelten heute als erloschene Vulkane; andere können weiterhin magmatisch aktiv sein. Ihre Flanken bestehen aus vulkanischen Ablagerungen, die sich über lange Zeiträume aufbauen und später durch Sedimente oder andere Ablagerungen teilweise verdeckt werden. Manche dieser Unterwasserberge ragen bis zu 4.000 Meter über den umgebenden Meeresboden hinaus und bilden ausgedehnte Ketten. Von einem Schiff aus bleibt ihre Form unsichtbar, solange kein Echolot oder anderes Vermessungsverfahren den Untergrund erfasst.
Auch Satelliten können solche Strukturen kartieren, obwohl sie nicht durch das Wasser hindurch auf den Meeresboden blicken. Große Unterwasserberge verändern die Anziehungskraft geringfügig, weil sie zusätzliche Gesteinsmasse unter dem Meeresspiegel konzentrieren. Diese winzigen Schwereunterschiede verändern die Höhe der Meeresoberfläche minimal und lassen sich mit Satellitenmessungen erfassen. Aus den Mustern der Schwereanomalien können Geophysiker die Gestalt des verborgenen Meeresbodens abschätzen. Eine hochauflösende Karte entsteht anschließend meist durch Schallmessungen von Forschungsschiffen oder durch Messfahrten autonomer und ferngesteuerter Unterwasserfahrzeuge.
Vulkanische Aktivität innerhalb einer Ozeanplatte unterscheidet sich von den großen Vulkanzonen an Plattengrenzen. An mittelozeanischen Rücken steigt Magma dort auf, wo auseinanderdriftende Platten neue ozeanische Kruste bilden. An Subduktionszonen schmilzt Mantelmaterial über abtauchenden Erdplatten teilweise auf und speist Vulkanketten an Kontinentalrändern oder Inselbögen. Einzelne Seamounts liegen dagegen weit entfernt von solchen Grenzen mitten auf einer Platte. Für diese verstreuten Vulkane suchen Geologen nach zusätzlichen Erklärungen aus dem tieferen Erdinneren.
Im untersten Bereich des Erdmantels befinden sich großräumige Strukturen, die Fachleute als LLSVPs bezeichnen. Die Abkürzung steht für „Large Low-Shear-Velocity Provinces“ und beschreibt Gebiete, in denen sich seismische Scherwellen ungewöhnlich langsam ausbreiten. Solche Wellen entstehen bei Erdbeben und durchlaufen das Erdinnere auf ihrem Weg zu Messstationen an der Oberfläche. Ihre Geschwindigkeit hängt unter anderem von Temperatur, Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften des Gesteins ab. Die LLSVPs liegen auf der Mantelseite der Grenze zum Erdkern und sind keine riesigen Magmaseen im Kern selbst.
Eine dieser Strukturen befindet sich unter Afrika, die andere unter dem Pazifik. In der Pressemitteilung der Universität Oslo beschreiben die Forscher sie als besonders warme und weniger starre Bereiche im tiefsten Mantel. Das Gestein dort ist nach dieser Deutung heißer als seine Umgebung, bleibt aber überwiegend fest und kann sich über geologische Zeiträume langsam verformen. Die Strukturen könnten bereits seit Milliarden Jahren bestehen, auch wenn ihre genaue Entstehung und innere Zusammensetzung weiterhin Gegenstand der Forschung sind. Der Ausdruck „Hitzeinsel“ ist deshalb ein anschauliches Bild für ungewöhnliche Mantelbereiche und keine Beschreibung flüssiger Lava in der Tiefe.
Die Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern ist für die Wärmeentwicklung des Planeten besonders wichtig. Aus dem darunterliegenden flüssigen äußeren Kern gelangt Wärme in den Mantel, während im Mantel selbst langsame Strömungen große Gesteinsmassen bewegen. Temperaturunterschiede, chemische Zusammensetzung und die Bewegung des Materials beeinflussen gemeinsam, wie sich diese Strömungen organisieren. Die LLSVPs bilden dabei großräumige, langlebige Bereiche, die sich von ihrer Umgebung unterscheiden. Ihre Verbindung zum Vulkanismus an der Oberfläche lässt sich allerdings nur indirekt aus geophysikalischen Daten und geologischen Mustern erschließen.
Während sich die Ozeanplatten über den darunterliegenden Mantel bewegen und verändern dadurch im Lauf der Erdgeschichte ihre Position. Ein Meeresgebiet, das heute weit entfernt von einer tiefen Mantelstruktur liegt, kann früher über ihr gelegen haben. Conrad und Domeier verglichen deshalb nicht nur die heutige Lage von Seamounts, sondern berücksichtigten auch die rekonstruierte Bewegung des Meeresbodens. Sie prüften, wie stark der Vulkanismus dort ausgeprägt ist, wo eine Platte in ihrer Vergangenheit über einer LLSVP lag. Nach dem Abstract der Fachpublikation ist das vulkanische Volumen auf solchen Meeresbodenabschnitten größer als in Gebieten ohne diese Vorgeschichte.
Für diese Auswertung mussten die Forscher geologische Karten und Kataloge von Unterwasserbergen mit Rekonstruktionen der Plattenbewegungen verbinden. Der zugehörige Datensatz auf Zenodo beschreibt Modellresultate, Python-Code und Jupyter-Notebooks zur Berechnung der Aufenthaltsdauer des heutigen Meeresbodens über den tiefen Mantelstrukturen. Weitere Datenraster ordnen Seamounts mit bekannten Eruptionsaltern ihren rekonstruierten Entstehungspositionen zu. Auf diese Weise lässt sich prüfen, ob ein vulkanischer Berg in einem Gebiet entstand, das damals über einer LLSVP lag. Die Methode macht aus der geologischen Vergangenheit eine räumlich vergleichbare Größe, ersetzt aber keine direkte Beobachtung des Mantels.
Die zentrale Messgröße ist dabei nicht einfach die Zahl aller sichtbaren Berge. Entscheidend ist das Volumen des Vulkanismus, das die Autoren aus den Seamount-Katalogen und den zugehörigen Rekonstruktionen ableiten. Ein Gebiet kann deshalb einen stärkeren vulkanischen Beitrag aufweisen, ohne dass jeder einzelne Berg dort größer sein muss. Ebenso wenig folgt daraus, dass jeder Meeresbodenabschnitt über einer LLSVP zwangsläufig einen Vulkan trägt. Die Ergebnisse beschreiben ein großräumiges statistisches Muster, das über viele einzelne geologische Ereignisse hinweg sichtbar wird.
Der Zusammenhang ist über der pazifischen LLSVP ausgeprägter als über der afrikanischen Struktur. Als mögliche Gründe nennen die Autoren einen heißeren Mantel, mehr Wasser in der Übergangszone zwischen oberem und unterem Mantel oder eine stärkere Mantelkonvektion. Wasser kann die Eigenschaften des Mantelgesteins verändern und beeinflussen, wie leicht es sich verformt oder teilweise aufschmilzt. Kräftigere Konvektionsbewegungen könnten wiederum den Wärmetransport und den Aufstieg von Mantelmaterial begünstigen. Welche dieser Eigenschaften den Unterschied tatsächlich dominiert, lässt sich aus dem statistischen Muster allein nicht entscheiden.
Auch die zeitliche Entwicklung passt nicht zu einem überall gleich starken und unveränderlichen Prozess. Der zusätzliche Vulkanismus, der mit dem Überqueren der tiefen Mantelstrukturen zusammenhängt, hat seit der mittleren Kreidezeit abgenommen. Das betrifft die Stärke des erkennbaren Zusammenhangs und bedeutet nicht, dass sämtliche Vulkane der Ozeane seitdem schwächer geworden wären. Die Veränderung kann Hinweise darauf liefern, wie sich die tiefen Mantelströmungen und die Bedingungen an der Grenze zum Erdkern über lange Zeiträume verändert haben. Zugleich zeigt sie, dass die heutige Verteilung der Seeberge nur einen Ausschnitt einer dynamischen Erdgeschichte darstellt.
Als anschauliches Beispiel für die Verbindung zwischen Plattenbewegung und lang anhaltendem Vulkanismus nennen die Forscher die Hawaii-Emperor-Kette im Pazifik. Die Unterwasserberge dieser Kette liegen auf einer Spur, die mit der Bewegung der Pazifischen Platte über eine tiefe Mantelzone in Verbindung gebracht wird. Ein Teil des Gebirges bleibt unter dem Meeresspiegel, während der Hawaii-Rücken über die Wasseroberfläche hinausragt und die hawaiianischen Inseln bildet. Die Kette veranschaulicht, wie über lange Zeiträume nacheinander Vulkane entstehen können, während sich die Platte weiterbewegt. Sie ist jedoch kein Beweis dafür, dass jeder verstreute Seamount auf genau dieselbe Weise gebildet wurde.
Conrad und Domeier schlagen vor, dass schwache Mantelplumes von den Rändern der LLSVPs aufsteigen und den Vulkanismus am Meeresboden fördern. Ein Mantelplume ist eine langsam aufsteigende Zone heißen Gesteins, die Wärme und Material aus größerer Tiefe nach oben transportieren kann. Er muss nicht als schmaler, senkrechter Magmastrom bis zur Oberfläche reichen. Schon ein schwacher Aufstieg könnte die Temperatur und die Schmelzbildung im darüberliegenden Mantel beeinflussen. Trifft eine ozeanische Platte später auf eine solche Zone, könnten dadurch Bedingungen entstehen, unter denen mehr Magma aufsteigt und Unterwasservulkane aufgebaut werden.
Die Forscher stellen diesen Ablauf als Erklärung für das beobachtete Muster vor, nicht als direkt nachgewiesene Abfolge einzelner Vorgänge. Kein Messgerät hat einen solchen Plume vom tiefen Mantel bis zu einem bestimmten Seamount verfolgt. Auch die LLSVPs selbst lassen sich nicht direkt beproben; ihre Eigenschaften werden aus der Ausbreitung seismischer Wellen und geophysikalischen Modellen erschlossen. Die Übereinstimmung zwischen der früheren Lage des Meeresbodens und dem stärkeren Vulkanismus stützt die Plume-Hypothese, kann aber andere Einflüsse nicht vollständig ausschließen. Dazu gehören Unterschiede in der Zusammensetzung des Mantels, in der Plattengeschichte und in den Bedingungen, unter denen Magma aufsteigen kann.
Zugleich erklärt die Studie nicht sämtliche Vulkane im Meer. Vulkanismus an mittelozeanischen Rücken und über Subduktionszonen folgt bekannten Prozessen der Plattentektonik und war nicht der eigentliche Schwerpunkt dieser Untersuchung. Im Mittelpunkt stehen vielmehr Vulkane innerhalb ozeanischer Platten, deren Lage sich nicht allein aus den nächstgelegenen Plattengrenzen ergibt. Auch für diese Gruppe liefern die Ergebnisse keinen Fahrplan für künftige Ausbrüche. Sie zeigen eine statistische Verbindung über geologische Zeiträume, keine Vorhersage für einen bestimmten Unterwasservulkan.
Die Bedeutung der Unterwasserberge reicht weit über die Entstehung von Vulkangestein hinaus. Ihre steilen Hänge und felsigen Oberflächen bieten Lebensräumen einen festen Untergrund, der in weiten Teilen des tiefen Ozeans selten ist. Strömungen werden an den Bergen abgelenkt und können Wasser aus tieferen Schichten nach oben führen. Dadurch gelangen Nährstoffe in Bereiche, in denen sie das Wachstum von Plankton und damit die Nahrungsversorgung größerer Tiere unterstützen. Für wandernde Arten können Seamounts außerdem Rastplätze und Orientierungspunkte in einer ansonsten vergleichsweise gleichförmigen Tiefsee sein.
Wie eng Unterwasserberge und Meeresleben zusammenhängen können, illustrieren Eikapseln des Pazifischen Weißrochens auf einem Unterwasservulkan. Solche Beobachtungen zeigen, dass ein Seeberg nicht nur ein geologisches Relikt ist, sondern auch besondere Lebensbedingungen schaffen kann. Die Strömungen um seine Flanken beeinflussen, wo sich Nahrung sammelt und welche Tiere dort regelmäßig vorbeikommen. Manche Seamounts sind deshalb für Fischbestände, Meeressäuger und Seevögel von Bedeutung. Zugleich können bislang unbekannte Berge eine Gefahr für die Schifffahrt darstellen; auch U-Boote sind bereits mit unkartierten Unterwasserbergen kollidiert.
An einem einzelnen Unterwasservulkan lässt sich erkennen, wie rasch sich seine Form verändern kann; dokumentiert der Ruby Seamount, dessen Kraterboden nach einer erneuten Lavaförderung deutlich höher lag als bei einer früheren Kartierung. Dieser lokale Befund beruht auf dem Vergleich von Meeresbodenkarten und Aufnahmen eines Tauchroboters. Er beschreibt einen konkreten Wachstumsprozess an einem einzelnen Vulkan und ist nicht mit dem langfristigen Zusammenhang der neuen Mantelstudie gleichzusetzen. Zusammen verdeutlichen beide Forschungsansätze jedoch, weshalb eine genaue Kartierung der Seeberge wichtig ist: Sie bewahrt sowohl die Spuren tiefer Erdprozesse als auch Veränderungen, die sich am Meeresboden innerhalb kurzer Zeit abspielen.
Die neue Auswertung verbindet damit eine kaum sichtbare Landschaft mit Strukturen, die noch viel tiefer liegen. Seamount-Kataloge können Hinweise darauf liefern, wo der Mantel über lange Zeit besonders viel vulkanisches Material an die Oberfläche gebracht hat. Künftige Vergleiche mit besser datierten Unterwasserbergen und genaueren Rekonstruktionen der Plattenbewegungen können zeigen, wie belastbar dieses Muster ist. Ebenso wichtig bleiben Messungen der seismischen Struktur des tiefen Mantels, weil sie die vorgeschlagenen Aufstiegswege weiter eingrenzen könnten. Bis dahin bleibt der Zusammenhang zwischen den LLSVPs und dem Vulkanismus auf dem Meeresboden eine gut begründete Deutung, deren Mechanismus noch genauer geprüft werden muss.
Titelbild: 3D-Fächerecholot-Karte eines Seamounts im Arktischen Ozean von NOAA's National Ocean Service, Wikimedia Commons, Lizenz CC BY 2.0, zugeschnitten.
Clinton P. Conrad und Mathew Domeier: Seamount volcanism associated with Earth's basal mantle structures; Nature Geoscience 19 (2026), 822–827; doi:10.1038/s41561-026-02007-z
Gunn Kristin Tjoflot / University of Oslo: Two hot zones near Earth's core may fuel volcanoes beneath oceans; Phys.org
Clinton P. Conrad und Mathew Domeier: Seamount volcanism associated with Earth's basal mantle structures: Software and Data Repository; Zenodo, doi:10.5281/zenodo.19860840
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