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ZUSAMMENFASSUNG

Unter Berücksichtigung globaltektonischer Zusammenhänge wird zunächst eine Definition für Hot Spots aufgestellt. Danach wird eine Untersuchung der Verbreitung der Hot Spots vorgenommen. Aus dieser ergeben sich erste Hinweise auf eine Klassifizierung der Hot Spots. Um die Klassifizierung durchführen zu können, werden weitere Informationen über die Hot Spots der Erde aus der Literatur zusammengetragen. Anhand bestimmter Kriterien lassen sich dann die einzelnen Hot Spots zu bestimmten Gruppen zusammenfassen.

Es werden Hot-Spot-Listen erstellt, die die Einteilung der Hot Spots nach beobachtbaren Merkmalen und potentiellen ursächlichen Zusammenhängen dokumentieren. Zur geographischen Veranschaulichung der Resultate werden zwei Karten erarbeitet. Die erste Karte enthält den Zusammenhang zwischen Hot Spots und der Globaltektonik. In der zweiten Karte werden die Hot Spots zu charakteristischen Vulkanprovinzen zusammengefaßt.

Der erste Teil der Arbeit führt zu folgenden Ergebnissen:

Nur ein Teil der weit mehr als hundert Hot Spots der Erde läßt sich mit einem Mantel Plume in Zusammenhang bringen. Solche Mantel-Plume-Hot-Spots weisen insbesondere die folgenden beobachtbaren Merkmale auf: effusive vulkanische Tätigkeit, basaltische Förderprodukte, topographische Schwellen sowie im Falle einer sich relativ zur Asthenosphäre bewegenden Lithosphäre Insel- und Seamountketten progressiven Alters. Mantel-Plume-Hot-Spots lassen sich weiter untergliedern, je nach ihrer Lage zu globaltek-tonischen Strukturen und der Größe ihrer Schwellen und Vulkangebäude. Das Vorkommen der auf einen Mantel Plume zurückführbaren Hot Spots beschränkt sich auf zwei Bereiche der Erdoberfläche. Es sind dies der pazifische und der afrikanisch-atlantische Raum. Im pazifischen Raum befindet sich auch der klassische Mantel-Plume-Hot-Spot von Hawaii.

Die Hot Spots stehen in einem engen Zusammenhang zu den globalen tektonischen Strukturen. Hot Spots treten sowohl als Intraplattenvulkanismus (die klassische Vorstellung) als auch im Bereich aktiver Rückenachsen und kontinentaler Rifts auf. Die Vermutung liegt nahe, daß unter bestimmten globaltektonischen Konstellationen das Aufsteigen von Mantel Plumes hinreichender Größe dazu führen kann, einen Rifting-Prozeß einzuleiten. Aufgrund der durch einen Plume gebildeten Riftzone kommt es zur Ausbildung von weiteren Schwächezonen in einiger Entfernung vom Plume, die dann ihrerseits vulkanische Tätigkeit begünstigen. In der Klassifizierung ist dies der "riftogene" Hot-Spot-Vulkanismus. Weiterhin wird neben einigen weiteren Typen insbesondere die Klasse der Intraplattenstress-Hot-Spots, die sich ihrerseits nach Art und Herkunft des Intraplattenstress unterteilen lassen, unterschieden.

Die Erdoberfläche läßt sich klar in vier verschiedene Bereiche charakteristischer Hot-Spot-Typen einteilen: Im Gebiet der Intraplatten-Hot-Spots liegen klassische Mantel-Plume-Hot-Spots neben anderen Hot-Spot-Typen. In Gebieten, die nahe bei oder auf Rückenachsen und Rifts liegen, kommen Mantel-Plume-Hot-Spots als mögliche Initiatoren des Riftings und riftogene Hot Spots als Vulkane, die als Reaktion auf die Bildung von Schwächezonen entstanden sind, vor. In Gebieten, die durch Terrane-Akkretion gekennzeichnet sind und im Hinterland aktiver Subduktionszonen liegen, kommen keine Mantel-Plume-Hot-Spots vor, dafür aber die Intraplattenstress-Hot-Spots. Daneben gibt es Hot-Spot-freie Gebiete.

Im zweiten Teil der Arbeit wird folgendermaßen vorgegangen:

Zunächst werden Daten und Informationen über den Hot Spot von Hawaii zusammengetragen. Anschließend werden die bathymetrischen und Freiluftschweredaten eines regionalen Gebietes, das die Hawaii-Schwelle vollständig einschließt, hinsichtlich der anstehenden dreidimensionalen Dichtemodellierung aufbereitet. Dazu wird aus der Freiluftschwereanomalie mit Hilfe der bathymetrischen Daten die Bouguerschwere des Gebietes berechnet. Diese wird schließlich noch gefiltert, um die langwelligen Anteile zu erhalten. Aus diesen können erste Rückschlüsse auf die tieferen Bereiche der Lithosphäre und die Struktur der oberen Asthenosphäre geschlossen werden. Die so erhaltene regionale Bouguerschwere dient als Vergleichsschwere für die Entwicklung eines dreidimensionalen Dichtemodells für Hawaii, das die obere Asthenosphäre zur Modellierung der Mantel-Plume-Struktur einschließt. Im Rahmen der Entwicklung wird die Modellschwere an die Vergleichsschwere angepaßt.

Für den Vergleich der Modellschwere wird als Vergleichsschwere eine regionale Bouguerkarte des Untersuchungsgebietes erstellt. Für ein hypothetisches Hot-Spot-Modell, das die Mantel-Plume-Struktur einschließt, werden Darstellungen der Schwerewirkung gegeben, die sowohl den Beitrag der gesamten Modellstruktur als auch die Beiträge zur Schwerewirkung durch die einzelnen Modellkörper aufschlüsseln. Analoge Darstellungen für das Geoid werden erstellt. Das 3D-Modell selbst wird auf verschiedene Weise dargestellt. Es wird die Modellidee skizzenhaft vorgestellt. Die exakte Definition der Körpergeometrien erfolgt in der Darstellung der einzelnen Profile, aus denen das 3D-Modell zusammengesetzt ist. Zur besseren Verdeutlichung werden senkrecht zu den modelldefinierenden Profilen weitere ausgewählte Profile hinzugefügt. Um einen plastischen und übersichtlichen Eindruck über das Modell zu erhalten, wird die dreidimensionale Struktur durch ein 3D-Blockmodell veranschaulicht. Entlang ausgewählter Profile wird eine isostatische Betrachtung für das 3D-Modell gegeben.

Das 3D-Dichtemodell beinhaltet im wesentlichen drei verschiedene Strukturen: die Krusten-Mantel-Grenze, einen Bereich metasomatisch veränderten lithosphärischen Mantels, die sog. alterierte Lithosphäre (dies ist ein Bereich innerhalb der Lithosphäre, der auf chemische und/oder physikalisch-thermische Weise derartig durch den Plume verändert wurde, daß ein modellierbarer Dichtekontrast auftritt), und den Mantel Plume. Der Mantel Plume wurde mit einer um 0,02 g/cm3 gegenüber der umgebenden Asthenosphäre reduzierten Dichte dargestellt. Die alterierte Lithosphäre weist gegenüber der ungestörten Lithosphäre einen negativen Dichtekontrast von 0,03 g/cm3 auf. Der Dichtekontrast an der Krusten-Mantel-Grenze beträgt im Modell 0,24 g/cm3. Zweidimensionale Isostasiebetrachtungen mit Hilfe der Massensummation für ausgewählte Profile durch das 3D-Modell zeigen, daß das gesamte Modell im regionalen Sinne eine starke Tendenz zum isostatischen Ausgleich aufweist.

Die Modellstruktur zeigt die unter der Vulkanauflast gebogene Kruste im Verlauf der Hawaii-Schwelle. Unter dem vorderen Teil der Schwelle befindet sich der Mantel Plume, der infolge der Plattenbewegung in westnordwestlicher Richtung achsensymmetrisch zur Schwellenachse gekippt ist. Unter dem hinteren Teil der Schwelle dominiert die alterierte Lithosphäre. Damit führt bei Hawaii der Plume zu einer kurzzeitigen Wechselwirkung mit der Lithosphäre, die sich durch den Vulkanismus an der Vorderseite der Schwelle äußert. Bedingt durch die Plattenbewegung tritt die regionale Wechselwirkung des Plumes mit der Lithosphäre bei Hawaii zeitlich und räumlich vom Plumezentrum getrennt auf. Diese ist erst im hinteren Teil der Schwelle in ihrer maximalen Wirkung beobachtbar. Auf diese Weise wird die Schwelle neben den Biegeeffekten durch die Vulkanauflast durch den dynamischen Auftrieb des Plumes im vorderen Teil und durch die alterierte Lithosphäre im hinteren Teil gestützt.

Für andere Hot-Spot-Gebiete, die im Bereich sich kaum bewegender Platten befinden, bedeutet dies, daß dort die alterierte Lithosphäre über dem Plumezentrum liegt. Somit sind der Vulkanismus und die weitreichende Wechselwirkung des Plumes mit der Lithosphäre hier nicht mehr räumlich getrennt. Dies könnte sich in der Ausbildung mehrerer Vulkanzentren, von denen jedes einzelne Zentrum über geologische Zeiträume hinweg vulkanisch tätig ist, äußern.

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