Zusammenbruch und Wiederaufleben der isländischen Mantelplume

Verborgene Hitze unter dem Nordatlantik

Weit unter den Wellen südlich von Island wirkt eine aufsteigende Säule heißen Gesteins tief im Erdinneren wie ein langsamer, pulsierender Brenner. Diese „Mantelplume“ hat die Insel Island aufgebaut und den Meeresboden über viele Zehnmillionen Jahre geprägt. Bislang war jedoch unklar, ob diese Plume gleichmäßig glühte oder im Laufe der Zeit flackerte. Durch Bohrungen in den atlantischen Meeresboden und das Lesen der chemischen Hinweise in altem Lava zeigt diese Studie, dass die isländische Plume dramatisch geschwächt und dann wiederbelebt wurde und damit sowohl den Ozeanboden als auch die Wege der ozeanischen Zirkulation neu gestaltete.

In die Vergangenheit des Ozeans bohren

Um die Geschichte dieses tiefen Erdmotors nachzuzeichnen, gewannen Forschende mit dem Bohrschiff JOIDES Resolution vulkanische Gesteine von fünf Standorten entlang des Meeresbodens südlich von Island. Diese Bohrlöcher reichen jeweils mehr als 100 Meter in festes Gestein und liegen entlang einer Spur, die der Bewegung der tektonischen Platten vom Mittelatlantischen Rücken weg folgt. Da die Platten mit bekannter Rate auseinanderdriften, gibt die Entfernung vom Rücken das Alter der Kruste an – von etwa 3 Millionen Jahren nahe dem heutigen Rücken bis grob 32 Millionen Jahre weiter draußen. Einige Standorte liegen auf glatter, dicker Kruste, die von langen V-förmigen Rücken und Senken gekennzeichnet ist, die mit Plume-Aktivität verknüpft sind, während der älteste Standort auf rauer, zerrissener Kruste liegt, deren Entstehung diskutiert wurde.

Chemische Fingerabdrücke in erstarrter Lava lesen

Das Team maß winzige Variationen in Elementen wie den seltenen Erden und Isotopen von Neodym in glasigen Rändern der Basalte und nutzte vorhandene seismische Untersuchungen, die die Krustendicke zeigen. Diese chemischen Muster wirken wie Thermometer und DNA-Test für die Mantelquelle: Heißeres Gestein und ein starker Plume-Signal produzieren tendenziell dickere Kruste und Schmelzen, die in bestimmten Elementen angereichert sind, während kühlerer, gewöhnlicher Mantel dünnere Kruste und stärker ausgelaugte Laven ergibt. Durch den Vergleich von Bohrkernproben mit Lava, die direkt vom Mittelatlantischen Rücken in verschiedenen Breiten geborgen wurde, konnten die Forschenden erkennen, wo der Einfluss der Plume stark, schwach oder zeitweise nicht vorhanden war.

Als die Plume erlosch

Der älteste gebohrte Standort, etwa 32 Millionen Jahre alt und heute nahe 60°N gelegen, erwies sich als entscheidend. Seine Laven entsprechen stark denen eines entfernten Abschnitts des Mittelatlantischen Rückens, der außerhalb von Islands „Hot-Spot“-Zone liegt. Sie dokumentieren relativ kühle Manteltemperaturen, eine typische Krustendicke von etwa 6 Kilometern und keine eindeutigen chemischen Spuren von Plumenmaterial. Diese Kruste bildete sich jedoch nahe dem Bereich, in dem sich das Plume-Zentrum damals befunden haben soll. Die einfachste Erklärung ist, dass der einst große Plumenkeil dramatisch zusammengeschrumpft ist, sich in Richtung Island zurückgezogen hat und einen Großteil des Nordatlantiks unter normalen Mantelbedingungen zurückließ. Meeresbodenbildgebung zeigt, dass diese Periode auch einen Wechsel hin zu dünner, gebrochener Kruste und dem Wachstum großer Transformstörungen erlebte – Oberflächenzeichen eines geschwächten thermischen Motors darunter.

Wiedererwachen unter dem Rücken

Jüngere Standorte, etwa 14 bis 3 Millionen Jahre alt und auf V-förmigen Rücken und Senken gelegen, erzählen eine ganz andere Geschichte. Ihre Laven sind in bestimmten Elementen reicher, und Modelle zeigen, dass sie aus heißerem Mantel entstanden sind – bis zu etwa 50–100 °C über dem umgebenden Mantel – sowie aus dickerer Kruste, deutliche Zeichen erneuten Plume-Einflusses. Das Muster legt nahe, dass sich nach dem Zusammenbruch die Reichweite der Plume wieder ausdehnte und der sich spreizende Rücken allmählich zur schmalen Plumenflosse zurückwanderte. Als heißes Material aus Island herausströmte und auf den Rücken traf, erzeugte es Schübe zusätzlicher Schmelze, die die V-förmigen Rücken entlang des Reykjanes-Rückens aufbauten. Feine Änderungen in den Isotopen deuten außerdem auf einen sich verschiebenden Anteil von recycelter ozeanischer Kruste und stärker ausgelaugtem Mantel innerhalb der Plume über die Zeit hin.

Warum Pulsieren im tiefen Erdkörper wichtig ist

In der Summe zeigen diese Belege, dass die isländische Mantelplume keine gleichbleibende, unveränderliche Wärmequelle ist. Vielmehr atmet sie in geologischen Zeiträumen: Nach einem anfänglichen Schub, der half, den Nordatlantik zu öffnen, nahm ihr Einfluss ab und verschwand in dieser Region bis etwa 32 Millionen Jahre nahezu, um sich später wieder zu erholen und erneut zu verstärken. Dieses Auf- und Ab veränderte die Dicke und Struktur des Meeresbodens, die Anordnung von Verwerfungen und Rücken und wahrscheinlich auch die Tiefe wichtiger Ozeanpassagen, die Strömungen und Klima beeinflussen. Für Nicht-Fachleute lautet die Kernbotschaft: Das tiefe Innere der Erde ist weit dynamischer und veränderlicher als ein einfaches Lehrbuchbild eines „Hot Spots“ vermuten lässt – und durch Bohrungen in den Meeresboden und das Entschlüsseln der Lava-Chemie können wir den Herzschlag des Mantels über viele Zehnmillionen Jahre rekonstruieren.

Zitation: Pearman, C., Tien, CY., White, N. et al. Collapse and resurgence of the Iceland mantle plume. Nat Commun 17, 4104 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71618-2

Schlüsselwörter: isländische Mantelplume, Meeresboden Nordatlantik, Mantelkonvektion, Vulkanismus am mittelozeanischen Rücken, Plattentektonik