Wie eine tektonische Kettenreaktion den Pazifik veränderte

Die Inselkette der Aleuten reicht von Alaska fast bis nach Kamtschatka und bildet das nördliche Ende des pazifischen Feuerrings. Entlang dieser fast 4000 Kilometer langen Reihe von Vulkaninseln und Unterseevulkanen taucht die Pazifische Erdplatte unter die Nordamerikanische Kontinentalplatte ab. Diese Subduktion macht die Aleuten bis heute vulkanisch hochaktiv und erzeugt immer wieder schwere Erdbeben in der Region.

Für ihre Studie haben die Forschenden Gesteinsproben von verschiedenen Teien der Aleuten und angrenzender Verwerfungen gesammelt und analysiert. — © Kaj Hoernle/ GEOMAR

Rätsel um die Aleuten-Subduktion

Zudem besteht der Verdacht, dass die Aleuten-Subduktionszone eng mit einer tiefgreifenden tektonischen Umgestaltung des Pazifikraums verknüpft ist. „Trotz dieser zentralen Bedeutung ist jedoch unklar, wann genau und auf welche Weise die Subduktion entlang der Aleuten begann“, erklären Kaj Alexander Hoernle vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und seine Kollegen. Studien datierten den Subduktionsbeginn bislang auf irgendwann zwischen 55 und 46 Millionen Jahren und schlugen zwei gegensätzliche Mechanismen dafür vor.

Dem ersten Szenario zufolge entstand die Aleuten-Subduktionszone durch ein sogenanntes Backarc-Spreading: Ursprünglich tauchten die Erdplatten an der weiter nördlich gelegenen Bering-Verwerfung ab. Dabei wurde die Kruste südlich dieser Zone so stark gedehnt, dass sie aufriss und die Subduktion gewissermaßen auf diese neue Verwerfung übersprang. Im zweiten Szenario entstand die Aleuten-Plattengrenze durch Verschmelzung einer kleinen Ozeanplatte und die Ausdehnung der Subduktionszone vor Alaska nach Westen.

56 Millionen Jahre alt – mindestens

Um mehr Klarheit zu schaffen, haben Hoernle und seine Kollegen Gesteinsproben analysiert und datiert, die im Rahmen von zwei Forschungsexpeditionen an verschiedenen Stellen der Aleuten gewonnen wurden. Ein Teil der Proben stammt aus tiefen Meeresgräben der westlichen Aleuten, in denen alte, tiefliegende Teile der Subduktionszone zutage treten. Andere Proben wurden auf den russischen Inseln Medny und Bering gesammelt, die das russische Ende der Aleuten-Plattengrenze darstellen.

Die Datierungen lieferten überraschend eindeutige Ergebnisse. Demnach sind die ältesten klar erkennbaren Spuren der Subduktion schon mindestens 56 Millionen Jahre alt. Sie stammen aus Lavaproben in der westlichen Hälfte des Aleutenbogens. „Diese Fundstellen haben nicht nur überlappende Datierungen, diese passen auch ausgezeichnet zu den gemessenen Spurenelementen und Isotopenwerten“, berichten die Forschenden. „Das stützt ihren Ursprung im selben Subduktionssystem.“

Auslöser einer tektonischen Kettenreaktion?

„Die Aleuten erzählen eine viel ältere tektonische Geschichte, als wir bislang angenommen haben“, sagt Hoernle. Die Subduktion entlang dieser Plattengrenze begann demnach früher als in bisherigen Modellen und Studien ermittelt. Das Spannende daran: Die neue Datierung platziert die Aleuten-Subduktionszone genau an den Anfang einer Kettenreaktion, die den gesamten Pazifikraum tektonisch neu organisierte. „Der Beginn der Subduktion stellt nach unseren Erkenntnissen ein Schlüsselereignis dar, das am Anfang einer großen, zehn Millionen Jahre dauernden Plattenumgestaltung stand“, so der Geologe.

In dieser Zeit entstanden mehrere Subduktionszonen und Vulkanbögen rund um den Pazifik neu, ein mittelozeanischer Rücken wurde in eine Subduktionszone hineingezogen und eine große magmatische Provinz kollidierte mit dem nordamerikanischen Kontinentalrand. Parallel dazu änderte sich die Bewegungsrichtung der gesamten Pazifischen Erdplatte: Vorher driftete sie Richtung Westnordwest, ab der Zeit vor 57 bis 55 Millionen Jahren bewegte sie sich nach Norden. Dieser Wechsel zeigt sich noch heute in einem Knick in der Vulkankette des Hawaii-Hotspots.

Ausweitung von Osten nach Westen widerlegt

Die neuen Erkenntnisse verraten jedoch auch, auf welche Weise die Aleuten-Plattengrenze entstand – und überprüfen die existierenden Modelle dazu. „Diese Modelle besagen entweder, dass der westliche Teil des Aleutenbogens jünger sein muss als der östliche oder aber dass dieser westliche Teil exotische Gesteinsformationen aus anderen Subduktionsbögen beinhalten muss“, erklären Hoernle und sein Team.

Die neuen Analysen widersprechen dem jedoch. „Unsere Altersdatierung zeigt, dass die westlichen Aleuten älter sind als die östlichen“, schreiben die Geologen. Das kontrastiert mit den Modellen, nach denen sich diese Subduktion von Alaska aus westwärts ausbreitete. Stattdessen legen die neuen Daten nahe, dass sich die Subduktionszone entweder in den westlichen Aleuten oder synchron entlang des gesamten Bogens entwickelte. Hoernle und sein Team vermuten, dass die Kollision des vor Russland liegenden Olyutorsky-Bogens mit Kamtschatka ein Auslöser dafür gewesen sein könnte.

Diese Rekonstruktion zeigt, wie die Aleuten-Subduktionszone entstand. — © Hoernle et al./ Scientific Reports, CC-by 4.0

Gibt es einen Zusammenhang zum Wärmemaximum?

Interessant auch: Die vor 56 Millionen Jahren ausgelösten tektonischen Umwälzungen im Pazifikraum könnten sogar das irdische Klima destabilisiert haben. Denn die Subduktionszone entlang der Aleuten entwickelte sich den neuen Datierungen zufolge genau dann, als die Erde eine ihrer stärksten Warmphasen durchlebte. Während des Paläozän-Eozän-Temperaturmaximums (PETM) vor gut 55 Millionen Jahren stiegen die Jahresmitteltemperaturen innerhalb von nur 10.000 bis 15.000 Jahren um mehr als fünf Grad an.

Ein Mitverursacher dieses urzeitlichen Wärmemaximums könnten nach Ansicht der Forschenden die gehäuft auftretenden Vulkanausbrüche und hydrothermalen Aktivitäten entlang der neuen Subduktionszone gewesen sein. Sie setzten große Mengen kohlenstoffhaltiger Treibhausgase frei und heizten so das Klima auf. Parallel dazu könnten die tektonischen Veränderungen Meeresbecken trockengelegt, Meeresströmungen verändert und Seewege blockiert haben – auch das kann das Klima beeinflussen.

Allerdings: Bisher ist dieser Zusammenhang von Aleuten-Subduktion und Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum nur eine Hypothese: „Noch gibt es keine geologischen Daten, die einen direkten Zusammenhang belegen“, betonen Hoernle und sein Team. Sie halten es aber angesichts der auffallenden zeitlichen Übereinstimmung durchaus für wahrscheinlich, dass beide Ereignisse kausal zusammenhingen.

Quelle: Kaj Alexander Hoernle (GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel) et al., Scientific Reports, 2026; doi: 10.1038/s41467-026-73363-y