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1. Einleitung
Nachdem die von Wegener (1929) postulierte Idee sich bewegender Kontinente in Form der Plattentektonik allgemeine Anerkennung gefunden hatte, konnten die meisten Vulkane der Erde durch tektonische Prozesse an den Plattenrändern erklärt werden. Daneben gibt es aber auch Vulkanismus im Innern der Platten. Das bekannteste Beispiel für diesen Intraplattenvulkanismus ist Hawaii. Hawaii wird von einer regionalen bathymetrischen Schwelle umgeben. Die Ursache dieser Schwellenbildung führten Dietz und Menard (1953) auf thermische Prozesse im Erdmantel zurück. Diese Idee griffen Wilson (1963a,b) und Morgan (1971, 1972) auf und führten die Entstehung des Vulkanismus von Hawaii auf einen Hot Spot zurück, der durch einen Mantel Plume hervorgerufen wird.
Da der Anteil des Hot-Spot-Vulkanismus am globalen Vulkanismus gering ist, wurde die Erforschung solcher Hot Spots zugunsten der Plattenränder zunächst vernachlässigt. Das hat sich in den letzten zehn Jahren grundlegend geändert, u. a. weil Hot Spots in ihren Spuren Plattenbewegungen widerspiegeln (Morgan, 1983). Außerdem haben sie eine große Bedeutung für die Basaltproduktion, wenn sie mit Rifts wechselwirken (White und McKenzie, 1989). Bei der Betrachtung der globalen Verteilung der Hot Spots stößt man auf beträchtliche Widersprüche in der Literatur. Während Crough und Jurdy (1980) 42 Hot Spots aufzählen, listen Burke und Wilson (1976) 117 auf. Um diese Widersprüche zu lösen, wird zunächst der Hot-Spot-Begriff definiert.
Die Hot-Spot-Verteilung wird mittels verschiedener Verfahren beschrieben, um erste Rückschlüsse auf Klassifikationsmerkmale für diese Strukturen zu erhalten. Die verschiedenen Charakteristika der Hot Spots werden tabellarisch erfaßt. Die daraus abgeleitete Klassifizierung der Hot Spots wird geographisch diskutiert. Dabei werden zur Veranschaulichung der Resultate zwei Karten erstellt. Die erste Karte zeigt den Zusammenhang der Hot-Spot-Klassen zur Globaltektonik. In der zweiten Karte werden die Hot Spots zu Vulkanprovinzen zusammengefaßt.
Als ein Ergebnis der Klassifizierung zeigt sich, daß nur ein Teil der Hot Spots einem Mantel Plume zugeschrieben werden kann. Der klassische Hot Spot von Hawaii gilt als Mantel-Plume-Hot-Spot.
Das Gebiet von Hawaii stellt den am besten untersuchten Hot Spot der Erde dar. Daher gibt es für dieses Gebiet eine vergleichsweise gute Datengrundlage. Geophysikalische Untersuchungen der Krustenstruktur unter Hawaii begannen mit den Ergebnissen der Schweremessungen von Vening Meinesz (1941) und Woollard (1951). Die Strukturen des Inneren der Vulkane von Big Island und anderer Hawaii-Inseln sowie der umgebenden ozeanischen Kruste wurden aus refraktionsseismischen Messungen abgeleitet (Hill, 1969; Zucca und Hill, 1980; Zucca et al., 1982; Hill und Zucca, 1987). Das Lamont-Doherty Geological Observatory und das Hawaii Institute of Geophysics haben im Jahre 1982 eine seismische Meßkampagne, das Hawaii-Experiment, nahe Oahu mit zwei Schiffen gestartet. Entlang eines 600 km langen Profils über die Hawaii-Kette wurden u. a. reflexionsseismische Messungen durchgeführt. Die Messungen dienten der Bestimmung von Randbedingungen für Biegemodelle für die durch die Vulkanauflast beanspruchte Kruste. In diesem Zusammenhang entwickelten Watts et al. (1985) zweidimensionale Dichtemodelle für die Krustenstruktur. Diese Modelle wurden von ten Brink und Brocher (1987) verfeinert und von Lindwall (1988) kontrovers diskutiert.
Der für den Hot Spot von Hawaii als Ursache angenommene Mantel Plume läßt sich als pilzförmige Struktur verminderter Dichte im Sublithosphärenbereich darstellen. Diese in zahlreichen theoretischen Modellrechnungen und Laborexperimenten behandelte Struktur konnte bisher nicht direkt beobachtet werden. Lediglich tomographische Erkenntnisse (z. B. Anderson et al., 1992) unterstützen die Existenz einer solchen Struktur. Daher werden zunächst Ergebnisse aus der Literatur über Plumes im allgemeinen und über Hawaii im besonderen zusammengetragen.
Um eine Aussage darüber treffen zu können, ob und inwieweit diese Struktur im Schwerefeld der Region um Hawaii enthalten ist, wird die regionale Bouguerschwere aus Freiluft- und bathymetrischen Daten berechnet. Die daraus entstandene Karte der regionalen Bouguerschwere dient als Vergleichsschwere für die Entwicklung eines dreidimensionalen Dichtemodells, das insbesondere die untere Lithosphäre und den sublithosphärischen Bereich umfaßt. Das dreidimensionale Modell dient als Grundlage, die geophysikalischen Aspekte von Mantel Plumes und Hot Spots zu diskutieren.
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