Wie die Perlen auf einer Kette reihen sich die meisten Vulkane der Erde entlang der tektonischen Plattengrenzen auf. Zumeist gewinnen sie ihr Material für die verheerenden Ausbrüche aus abtauchenden ozeanischen Platten, die sich wegen ihrer höheren Dichte unter die Kontinentalränder schieben und dabei aufschmelzen. Deutsche Geophysiker entdeckten nun bei Laborexperimenten, dass diese wässrigen, silikatreichen Schmelzen in der Tiefe der Subduktionszone viel dünnflüssiger sein können als bisher gedacht. Wie sie in der Fachzeitschrift Science berichten, steigt dadurch deren Mobilität, so dass das Material viel leichter an die Oberfläche der Kontinentalkruste aufsteigen kann.
“Diese Ergebnisse haben eine globale Bedeutung. Denn die kontinentale Kruste könnte sich deutlich schneller aus dem Material der abtauchenden ozeanischen Platte bilden als bisher gedacht”, sagt Andreas Audétat, Geochemiker an der Universität Tübingen. Zusammen mit seinem Kollegen Hans Keppler stellte er in einer heizbaren Diamantdruckzelle die extremen Bedingungen nach wie sie in 100 bis 200 Kilometern Tiefe bei einer abtauchenden Subduktionszone herrschen.
Bei Temperaturen zwischen 600 und 950 Grad Celsius und Drücken zwischen einem und zwei Gigapascal lösten sie unterschiedliche Silikatmengen in der wässrigen Schmelze auf. Über die Geschwindigkeit fallender Kugeln aus Kohlenstoff, Platin und einer Platinkobalt-Legierung, deren Verhalten sie mit einer Videokamera festhielten, konnten sie die Viskositäten bestimmen. “Mit zunehmender Tiefe, also ansteigendem Druck und Temperatur, nimmt die Löslichkeit von Silikaten im mitgeführten Wasser rapide zu, bis schliesslich komplette Mischbarkeit zwischen wässerigen Fluiden und Silikatschmelzen erreicht wird. Die Viskosität von intermediären Fluid-Schmelze Gemischen ist um Grössenordnungen geringer als bisher angenommen”, erklärt Audétat.
So fließt eine Schmelze bei 800 Grad und 20 Gewichtsprozent Silikaten genauso dünnflüssig wie Wasser bei Raumtemperatur. Selbst mit einem Silikatanteil von 50 Gewichtsprozent ist die Viskosität noch vergleichbar mit der von Olivenöl. Bisher gingen Geowissenschaftler bei solchen hohen Silikatanteilen davon aus, dass diese Magma-Schmelzen sehr viel zähflüssiger seien. “Auch der relativ konstante Abstand der vulkanisch aktiven Zone vom Plattenrand lässt sich hiermit erklären, da die für die komplette Mischbarkeit benötigten Drücke und Temperaturen in einer ganz bestimmten Tiefe erreicht werden”, sagt Audétat. Für die ausgefeilten Modelle, die die Mechanismen des Vulkanismus in Subduktionszonen und den Materialzuwuchs zur Kontinentalkruste beschreiben, sind diese Ergebnisse von großer Bedeutung.
Jan Oliver Löfken
