Vor-Untergang des Caroline-Plateaus verstärkt Lithosphären-Hydratation im südlichen Marianengraben

Warum ein tiefer Ozeangraben für den Alltag wichtig ist

Der südliche Marianengraben ist der tiefste Ort der Erde, doch er ist mehr als nur ein rekordverdächtiges Loch im Meeresboden. Er ist Teil eines gewaltigen Förderbands, das Wasser und Gestein von der Erdoberfläche ins tiefe Innere transportiert und so Vulkane, Erdbeben und sogar das langfristige Gleichgewicht von Ozeanen und Atmosphäre mitbestimmt. Diese Studie untersucht, was passiert, wenn ein riesiges unterseeisches Plateau aus dicker Kruste auf den Graben zusteuert und wie das den Weg verändert, auf dem Wasser in den Planeten eindringt.

Ein verborgenes unterseeisches Hochland in Bewegung

Weit westlich des bekannten Challenger Deep liegt das Caroline-Plateau, eine breite, erhöhte Region des Meeresbodens, die durch uralte vulkanische Aktivität entstanden ist. Im Gegensatz zur gewöhnlich relativ dünnen ozeanischen Kruste hat dieses Plateau eine deutlich dickere, auftriebsstärkere Basis. Während die Pazifikplatte langsam auf den südlichen Marianengraben zutreibt, werden sowohl das Plateau als auch die benachbarte normale Kruste zusammen hinabgezogen. Die Autorinnen und Autoren nutzten Ocean-Bottom-Seismometer und vom Forschungsschiff abgesendete Schallwellen, um die verborgene Struktur dieser einlaufenden Platte sehr detailliert zu vermessen.

Die Kruste mit seismischem Schall abhorchen

Indem sie die Laufzeiten seismischer Wellen durch die Platte maßen, konnten die Forschenden sowohl Dicke als auch Zustand des Gesteins ableiten. Sie fanden, dass die Kruste unterhalb der Untersuchungsstrecke von etwa 7,5 Kilometern direkt am Graben auf bis zu 16–18 Kilometer weiter außen, wo das Caroline-Plateau liegt, zunimmt. Gleichzeitig verlangsamten sich seismische Wellen in bestimmten Zonen zwischen der Plattenkante und dem Graben. Niedrigere Geschwindigkeiten deuten hier auf aufgerissenes, wasserreiches Gestein hin im Vergleich zum schnelleres, trockenen Mantel, der normalerweise unter normaler ozeanischer Kruste liegt.

Wie Biegung und Bruch Wasser tief eindringen lassen

Beim Eindellen in den Graben biegt sich die Platte nicht gleichmäßig. Die ersten kleinen Verwerfungen treten weit entfernt vom Graben auf, verändern aber das tiefere Gestein kaum. Näher zum Graben werden die Verwerfungen tiefer, schneiden durch die gesamte Kruste und reichen bis in den darunter liegenden Mantel. Diese Brüche fungieren als Wege, durch die Meerwasser hinabstürzt und mit heißem Gestein reagiert, wodurch ein wasserreiches Mineralgemisch entsteht. Die Studie skizziert drei Stadien entlang des Wegs zum Graben: sanfte, oberflächliche Rissbildung, dann tiefere Einschnitte, die beginnen Mantelgestein zu verändern, und schließlich intensive Verwerfung nahe dem Graben, wo die Hydratation am stärksten ist.

Zerr- und Schubspiel zwischen Plateau und normaler Kruste

Das dicke Caroline-Plateau verhält sich nicht wie die dünnere Kruste daneben. Vor der normalen Kruste entwickeln sich viele dicht beieinanderliegende, kleine Verwerfungen und es treten sehr starke Geschwindigkeitsabfälle auf, ein Zeichen intensiver Hydratation. Der Plateauabschnitt dagegen bildet weniger, aber größere Verwerfungen und zeigt geringere Geschwindigkeitseinbußen, was auf schwächere Hydratation innerhalb des Plateaus hindeutet. Doch direkt vor der Platte, wo ihre steife Vorderkante auf den Graben trifft, konzentriert sich die Biegung und der darunter liegende Mantel weist außergewöhnlich niedrige Geschwindigkeiten auf. Das offenbart eine besonders intensive Tasche aus wasserreichem Gestein im Vergleich zu benachbarten Regionen und anderen Subduktionszonen weltweit.

Gestaltung von Gräben, Vulkanen und dem darüberliegenden Meeresboden

Diese Unterschiede in der Tiefe spiegeln sich höher oben wider. Wo das Plateau eintaucht, wölbt sich die innere Wand des Grabens nach oben und die Rück-Arc-Region hinter dem Graben bleibt größtenteils intakt, mit wenig Anzeichen für Meeresbodenausdehnung. Wo hingegen nur normale Kruste absinkt, ist die innere Grabenkante breiter und der Rück-Arc wird gedehnt und öffnet sich. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass das auftriebsstarke Plateau die absinkende Platte darunter verkürzt und abflacht, während das längere Segment normaler Kruste östlich steiler zurückrollt und die darüberliegende Platte auseinanderzieht. Im Laufe der Zeit, wenn das Caroline-Plateau seine Reise fortsetzt, könnte die jetzt an seiner Vorderkante beobachtete intensive, lokal begrenzte Hydratation spätere Risse und Zerfall der Platte tief im Erdinneren begünstigen.

Was das für Erdwasser und Gefahren bedeutet

Für Nicht-Fachleute ist die Kernbotschaft, dass riesige unterseeische Plateaus wie steife Bremsschwellen auf dem Förderband wirken, das das Erdinnere versorgt. Indem sie den Wasserfluss in bestimmte Teile der absinkenden Platte lenken und verstärken, bestimmen sie mit, wo Gesteine schwächer werden, wo Platten schließlich reißen könnten und wie sich der darüberliegende Meeresboden biegt oder bricht. Diese Arbeit zeigt, dass Form und Festigkeit des einlaufenden Meeresbodens stark beeinflussen, wie die Erde Wasser recycelt und wie zukünftige Erdbeben und Vulkane entlang einer der extremsten Plattengrenzen unseres Planeten verteilt sein könnten.

Zitation: He, E., Qiu, X., Li, Y. et al. Pre-subduction of the Caroline Plateau intensifies lithospheric hydration in the southern Mariana Trench. Commun Earth Environ 7, 409 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03408-z

Schlüsselwörter: Marianengraben, Caroline-Plateau, Subduktion, Lithosphären-Hydratation, ozeanisches Plateau