Der Yellowstone Nationalpark verdankt seine vulkanische Aktivität einem "Hot Spot", wie z.B auch Hawaii, und nicht der Lage an einer Zone, in der sich die Erdplatten entfernen (Riftzonen) oder untereinander wegtauchen (Subduktionszonen, Abb. 3).
![]() Abb. 3 : Ein Beispiel für Subduktionszonen ist die Entstehung der Anden in Südamerika |
Nach den neueren Vorstellungen der Tektonik und Geodynamik besteht die Lithosphäre der Erde aus einer Anzahl separater, gegeneinander grenzender "Platten", die einer ständigen Neubildung in den ozeanischen Riftzonen und einem Abbau in den Subduktionszonen unterliegen. An den Rändern, die Bewegungszonen erster Ordnung sind, konzentrieren sich Erdbeben und Vulkanismus (nach J.F Dewey).
Hot Spots sind ortsfest, das heißt, die Erdplatten bewegen sich über den Hot Spot im Erdmantel weg (Abb.4).
![]() Abb. 4 : Eine Inselgruppe, gebildet durch die Vulkanische Aktivität eines Hot Spots, wird durch die Plattenverschiebung weitertransportiert |
Man geht davon aus, daß diese Hot Spots durch Manteldiapire gebildet werden. Von diesen heißen Zonen steigen ab und zu große heiße Magmablasen an die Oberfläche und wölben diese auf. An diesen Punkten ist die Masse der Erdkruste höher, und deshalb auch die Erdanziehungskraft. Die Messung der Erdanziehungskraft ist z.B. eine Möglichkeit, Hot Spots zu finden (Gravimetrie). Die Magmablase oder Plume ist zwar nicht viel heißer als die Umgebung, die Wärme reicht allerdings aus, um das Gestein zu schmelzen und lokalbegrenzten Vulkanismus auszulösen.
Eines der besten und bekanntesten Beispiele für einen Hot Spot ist der Hawaii - Archipel (Abb. 5).
![]() Abb. 5 : Entstehung der Inselkette des Hawaii-Archipels |
Ein Magmaplume steigt aus dem Erdinneren nach oben, es spalten sich kleine Magmablasen ab und die vulkanische Aktivität setzt ein. Es wird eine Insel gebildet. Nach und nach wird die Blase kälter, die vulkanische Aktivität läßt nach, die Erdplatten bewegen sich weiter und "nehmen" die entstandene Insel mit. Es steigt wieder eine Magmablase nach oben, und der Prozeß wiederholt sich. Bei dem Beispiel Hawaii erkennt mann soger, daß sich die Bewegungsrichtung der Platte änderte (zwei verschiedene Steigungen der Pfeile).
Über dem Yellowstone Hot Spot bewegt sich die Nordamerikanische Platte in westsüdlicher Richtung, etwa 4-5 cm im Jahr. Auf der Plattenoberfläche findet man ein Band vulkanischer Lava (Abb. 6), etwa 2 Millionen Jahre alt (Beginn der Vulkantätigkeit in der Yellowstone-Area), das sich vom Yellowstone Nationalpark in Richtung der Plattenbewegung quer über den unteren Teil des Staates Idaho bis nach Oregon zieht.
![]() Abb. 6 : Lavaband des Yellowstone Hotspots im Tal des "Snake River" |
Die Geschichte dieses Gebietes begann schon vor 65 Millionen Jahren mit der Auffaltung der Rocky Mountains. Im Erdmittelalter (Mesozoikum) wurden Teile der Erdkruste gestaucht, aufgefaltet und übereinander geschoben. Dann vor 65 Millionen Jahren, in der sogenannten laramischen Gebirgsbildung, entstanden durch das Heben gewaltiger Krustenblöcke die Mittleren und Südlichen Rocky Mountains. Das dazwischen entstandene Becken füllte sich dann mit Sediment. In den nördlichen Rocky Mountains bildeten sich große Gebiete mit aktivem Vulkanismus aus (bis vor ca. 40 Millionen Jahren).
Nach einer Pause von fast 40 Millionen Jahren begannen der Yellowstone-und der Island Park (westlich vom YNP) vor etwa 2,2 Millionen Jahren wieder aktiv zu werden.
Es begann mit durchschnittlichen Vulkanausbrüchen, aber vor 2 Millionen Jahren kam es zu einem gewaltigen Ausbruch.
Ein feuriges Gemisch aus feinen Lavateilchen und heißen Gasen breitete sich mit annähernd Schallgeschwindigkeit
aus. Das Ausmaß dieser Glutlawine war gigantisch:
Die ausgestoßenen Lava- und Aschemassen erstarrten zu 2500 km³ Gestein, welches Huckleberry - Ridge - Tuff
genannt wird. Diese Menge würde ausreichen, um die alten Bundesländer von Flensburg bis Garmisch-Partenkirchen
10 m hoch zuzudecken. Die Lavamassen sind, nach geologischen Untersuchungen nicht Schicht für Schicht aufgetragen
worden, sondern als einheitlicher Block erstarrt. Dies bedeutet, wie Christiansen (USGS) und seine Kollegen herausfanden,
daß die Lava- und Glutmasssen innerhalb weniger Stunden oder Tage ausgeworfen wurden.
Schließlich hatte sich die Magmakammer unter dem Krater soweit entleert, daß die Erdkruste an den überhängenden Stellen in sie hineinbrach Es entstand eine ,,Caldera" (Abb.7), die allmählich wieder durch Gestein und die Ausschüttungen kleinerer Vulkanausbrüche aufgefüllt wurde.
![]() Abb. 7 : Querschnitt durch eine Caldera |
Dieser Zyklus wiederholte sich dreimal. Beim zweiten Ausbruch, etwa vor 1,2 Millionen Jahren, wurden nur 280 km³ Gestein (Mesa-Falls-Tuft) ausgeworfen und bei der dritten Eruption, vor 600000 Jahren etwa 1000 km³. Bruchstücke des ausgeworfenen Materials der Ausbrüche (glasiges und kristallines Material) wurden in der Provinz Saskatchewan in Kanada und den Staaten Texas und Kalifornien gefunden.
Die Ausbrüche des Berges Krakatau 1883 mit 18 km³, und der Ausbruch des Mount St.Helens im Jahr 1980 mit 1 km³ Auswurf erscheinen einem eher wie "müde Blähungen".
Der dritte Ausbruch läßt sich am besten rekonstruieren. Er begann nach dem zweiten Ausbruch, vor 1,2 Millionen Jahren und hielt 600 000 Jahre an. In diesem Zeitraum trat mit Unterbrechungen rhyolitische Lava auf dem Yellowstone Plateau aus.
"Rhyolitische Lava hat die gleiche Zusammensetzung wie Granit (Feldspat, Quarz und Glimmer), aber als Folge viel schnellerer Abkühlung besitzt sie viel kleinere Kristalle und hat kleine Blaseneinschlüsse. Bestes Beispiel einer sehr basenreichen rhyolitischen Lava ist Bimsstein. Rhyolitische Lava fließt bei Vulkanausbrüchen langsam und zähflüssig. Große Flächen des Yellowstone National Parks sind Rhyolitböden".
Es entstanden ringförmige Brüche (Abb. 8), aus denen sich die Lava ergoß. Sie entstanden, weil sich der Boden der Caldera aufwölbte.
![]() Abb. 8 : Ausbruch und Entleeren der Magmakammer |
Der Ausbruch vor 600 000 Jahren kann durch zwei Möglichkeiten ausgelöst worden sein. Erstens, die Ringbrüche vertiefen sich, erreichen die Magmakammer und der Druck, der auf der Lava lastete würde infolge des Druckgefälles zur Oberfläche zusammenbrechen. Magma ist eine silikate Schmelze, die auch Gase, wie z.B. Wasserdampf enthält. Durch den geringeren Druck strömen die Gase nach oben weg und dehnen sich um das Vielfache ihres Volumens unter Druck aus.
Daraus folgt, daß die Lava wie beim Öffnen einer Sprudelflasche überschäumt und dabei die großen Mengen Gestein nach oben mitreißt.
Die andere Möglichkeit ist, daß in großer Tiefe zirkulierendes Wasser in das Magma eindringt. Eine Übersättigung mit Wasser könnte wie bei der ersten Möglichkeit dazu führen, daß gelöste Gase entweichen. Die schäumende Lava drückt die Ringbrüche nach oben weg. Dies hat durch Druckabfall weitere Entgasung und den Auswurf von Magma als Kettenreaktion zur Folge. Durch den explosiven Verlauf der Entgasung tritt statt der flüssigen Lava mehr Festmaterial, wie z.B. Asche aus. Die aufschäumende Magma kühlt sich bei der Ausdehnung ab, erstarrt, und wird dann durch die Wucht der Druckentlastung zertrümmert. Glas- und kristallartige Bruchstücke werden mit sehr hohen Geschwindigkeiten emporgeschleudert. Aus den Wänden der Ringbrüche und den Austrittsspalten wird Gestein herausgebrochen und mitgerissen.
Nach dem 3. Ausbruch entstand eine Caldera (Abb. 9) mit der Breite von 45 km und einer Länge von 75 km (Fläche ca. 3000 km²), etwa so groß wie das Saarland. "Es war ein kochend heißer Kessel mit völlig zerstörter Landschaft, ohne Leben."
![]() Abb. 9 : Caldera nach Einbruch der leeren Magmakammer |
Nach dem Einsturz der Magmakammer bildete sich unter dem neuen ,,Deckel" gleich eine neue Kammer, die sich nun mit neuer Lava füllt, größer wird, das Land anhebt, bis der Druck so groß ist, daß sie wieder explodieren wird.
Nachdem die Caldera wieder eine feste Decke gebildet hatte, quoll nur noch selten Magma aus dem Boden hervor. Es kam zu kleinen, vereinzelten Ausbrüchen. Zähflüssige, kieselsäure- und damit gasreiche Lava begann die Caldera wieder aufzufüllen. Das letzte Mal ist Lava vor 70000 Jahren geflossen, also noch lange bevor die ersten Menschen Nordamerika betreten haben.
Nach den Abständen der Ausbrüche müßte eine ebenso gigantische Eruption in geologisch nächster Zeit, so zwischen den nächsten 10 000 bis 100 000 Jahren erfolgen. Es ist tatsächlich zu bemerken, daß wieder Magma in die Kammer unter dem Park fließt. Nordöstlich des Yellowstone Lakes wurden Aufwölbungen (Dom) des Bodens festgestellt, und der Boden des Sees kippt nach Süden ab, was die absterbenden Bäume am Südufer des Sees zeigen. Auch hat man gemessen, daß sich das Gebiet innerhalb der letzten Einsturzkammer in einem halben Jahrhundert um 70 cm, und von 1923-1985 um insgesamt 90 cm gehoben hat (Abb. 10).
![]() Abb. 10 : Rand der letzten Caldera, aufsteigende Dome und umliegende thermale Erscheinungen (schwarze Flächen) |