Das riesige Unterwasserplateau in der Nähe der Salomonen ist jünger und sein Ausbruch dauerte länger als bisher angenommen

Das Ontong-Java-Plateau, ein vulkanisch entstandenes Unterwasserplateau im Pazifischen Ozean nördlich der Salomonen, ist jünger und sein Ausbruch dauerte länger als bisher angenommen, wie neue Forschungsergebnisse der Oregon State University nahelegen.

Die Ergebnisse wurden gerade veröffentlicht in Wissenschaftstellten auch Zweifel an der lange gehegten Annahme auf, dass die Bildung des Plateaus, das etwa die Größe Alaskas hat, die Ursache für eine globale Ablagerung von Schwarzschiefer in den Weltmeeren war.

„Diese Art von Schiefer entsteht, wenn im Ozean nur sehr wenig Sauerstoff vorhanden ist. Diese Schicht entstand vor etwa 120 Millionen Jahren und ist überall auf der Welt in geologischen Formationen konserviert zu finden“, sagte Anthony Koppers, Professor für Meeresgeologie in OSUs College of Earth, Ocean, and Atmospheric Sciences und Mitautor der Studie.

„Ein massiver Vulkanausbruch wie der, der das Ontong-Java-Plateau bildete, könnte dem Ozean Sauerstoff entziehen, und man glaubte, dass diese massive vulkanische Aktivität und die Schieferablagerungen miteinander zusammenhängen. Unsere Ergebnisse legen jedoch nahe, dass dies nicht der Fall ist“, fuhr Koppers fort.

Das Ontong-Java-Plateau bedeckt etwa 1 % der Erdoberfläche. Das Plateau ist ein Fragment des Ontong Java Nui, eines Superplateaus, das kurz nach seiner Entstehung auseinanderbrach und das Ontong Java, das Manihiki-Plateau und das Hikurangi-Plateau schuf.

Zwischen 1973 und 2000 bohrten Forscher an mehreren Standorten in der Region Kerne in das Sediment und das darunter liegende Basaltgestein – eines der dicksten und ältesten Gesteine, die die pazifische ozeanische Kruste bilden – und sammelten Proben zur Untersuchung. Die Kerne wurden mit den wissenschaftlichen Ozeanbohrschiffen Glomar Challenger und JOIDES Resolution während des Deep Sea Drilling Project und des Ocean Drilling Program gesammelt.

Frühere Untersuchungen mit diesen Kernen legten nahe, dass Ontong Java in einem einzigen, relativ kurzen vulkanischen Ereignis vor etwa 120 Millionen Jahren, etwa zur Zeit der Schieferablagerung, entstanden ist. Es gebe jedoch Bedenken hinsichtlich der Genauigkeit der für diese Bestimmung verwendeten Daten, sagte Koppers, ein internationaler Experte für großräumige geodynamische Prozesse. Er fungiert außerdem als stellvertretender Vizepräsident für Forschungsfortschritt und -strategie im Forschungsbüro der OSU.

„Das Verständnis des Zeitpunkts dieser Vulkanausbrüche ist wichtig, um einen Zusammenhang zwischen den Ausbrüchen selbst und der Bildung der Schwarzschiefer herzustellen“, sagte Koppers. „Die Feststellung dieser Kausalität ist wichtig, um große Veränderungen in der Chemie der Ozeane zu verstehen, ähnlich dem, was heute durch den Klimawandel aufgrund menschlicher Aktivitäten geschieht.“

Koppers und der Hauptautor der Studie, Peter Davidson, der als Doktorand an dem Projekt arbeitete und kürzlich sein Studium an der Oregon State abgeschlossen hat, replizierten die ursprünglichen Dating-Studien von 1993, um zu sehen, ob sie die gleichen Ergebnisse erzielen und gleichzeitig die Vorteile des Hauptfachs nutzen könnten Verbesserungen der wissenschaftlichen Techniken und der Massenspektrometrieausrüstung für die chemische Analyse.

Unter Verwendung mehrerer derselben Kernproben aus den ursprünglichen Bohrprojekten führte Davidson 40 Experimente durch, um zu versuchen, die früheren Ergebnisse zu reproduzieren. Von den 40 scheiterten überraschend viele – 38 – bei der Anwendung moderner Datenqualitätsstandards.

„Die neuen Ergebnisse zeigten, dass die Originalproben durch einen unerwünschten Prozess während der Bestrahlung der Proben stark beeinträchtigt wurden, was dazu führt, dass das Alter zu alt erscheint“, sagte Davidson. „Dieses Strahlungsproblem, Rückstoß genannt, ist ein Problem, das mit den vor Jahrzehnten verwendeten älteren Geräten nicht leicht zu erkennen war, aber unsere neuen, hochempfindlichen Instrumente können dieses Problem leicht erkennen.“

Anschließend führte Davidson eine weitere Reihe von Datierungsexperimenten durch und wandte dieselbe Analyse auf eine andere Mineralphase der Originalproben an – eine Art Feldspat oder ein gesteinsbildendes Mineral namens Plagioklas.

„Die Daten des Plagioklas haben eine viel höhere Auflösung als frühere Daten und, was noch wichtiger ist, sie weisen keinerlei Rückstoßprobleme auf, die das ursprüngliche Alter des Ontong-Java-Plateaus, das auf dem Basalt basierte, verzerrt haben“, sagte Koppers.

Die neuen Tests zeigten, dass Ontong Java bis zu 10 Millionen Jahre jünger als erwartet war und sich wahrscheinlich über mehrere Millionen Jahre hinweg gebildet hat.

„Alle Tests zeigten ein hohes Maß an interner Konsistenz bei den gemessenen Altersstufen und eine bemerkenswerte Reproduzierbarkeit zwischen mehreren Proben aus denselben vulkanischen Eruptionseinheiten, was uns ein enormes Maß an Vertrauen gibt“, sagte Davidson. „Diese Ergebnisse bedeuten, dass wir Ontong Java nicht mehr mit dem anoxischen Ereignis in Verbindung bringen können, das zu den Schieferablagerungen geführt hat. Die Daten stimmen nicht mehr überein.“

Die Daten deuten auch darauf hin, dass das Manihiki-Plateau mehrere Millionen Jahre älter ist als Ontong Java, was Fragen zu Theorien aufwirft, dass die beiden einst miteinander verbunden waren und dann auseinanderbrachen. Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die vulkanische Aktivität möglicherweise unter dem Manihiki-Plateau begonnen hat und sich im Laufe der Zeit Hunderte von Kilometern über den Pazifik ausgebreitet hat.

Koppers merkte an, dass dieser Befund unter Wissenschaftlern wahrscheinlich einiges Kopfzerbrechen hervorrufen wird, da es keine Erklärung mehr für den großen Sauerstoffmangel gibt, der Schiefervorkommen auf der ganzen Welt hinterlassen hat.

Es bestehe auch die Möglichkeit, dass die unteren Teile von Ontong Java älter seien, sagte er. Die verfügbaren Proben von Ontong Java wurden nur in den obersten paar hundert Metern des Plateaus gebohrt, wohingegen das Plateau eine geologische Megastruktur mit einer Mächtigkeit von bis zu 35 Kilometern ist, wobei die obersten 8 bis 9 Kilometer als eruptiver Teil betrachtet werden.

„In diesem Sinne haben wir nur an der Oberfläche von Ontong Java gekratzt“, sagte Koppers.

Davidson hofft, die Forschung fortsetzen zu können, indem er Proben aus älteren Teilen des Plateaus aufspürt und neue Analysen mit diesen modernen Techniken durchführt. Auf den Salomonen gibt es einige Gebiete, in denen bis zu vier Kilometer der Spitze des Plateaus frei liegen und möglicherweise zugänglich sind.

„Wir hoffen, dass wir durch die gezielte Entnahme weiterer Proben aus tieferen Schichten der vulkanischen Stratigraphie möglicherweise sogar noch ältere Teile des Ontong-Java-Plateaus entdecken können“, sagte Davidson. „Es könnte möglich sein, dass diese älteren Teile des Plateaus die Schwarzschieferablagerung verursacht haben, aber das ist möglicherweise nicht der Fall.“

„Diese zukünftigen Studien sollten uns weiter helfen, Ontong Java zu verstehen, das größte vulkanische Gebilde auf der Erdoberfläche, und wie Vulkanausbrüche dieser Größenordnung möglicherweise globale Umweltstörungen verursachen können.“

Weitere Co-Autoren sind Takashi Sano vom National Museum of Nature and Science in Tsukuba, Japan; und Takeshi Hanyu von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology in Yokosuka, Japan.