Die Untersuchung der Ursprünge der Hawaii-Inseln liefert ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Wissenschaft funktioniert. Viele Jahre lang blieb die geologische Geschichte der Inseln ein Rätsel. Die Große Insel Hawaii (die manchmal nur Hawaii genannt wird) bildet ein Ende eines langen geraden Archipels von mehr als 100 Inseln, Atollen, Riffen und Untiefen, die sich bis zum Kure-Atoll erstrecken (siehe Abbildung 3), eine Entfernung von mehr als 2.400 Kilometern (1.500 Meilen)., Jenseits von Kure setzt sich die Kette unter Wasser in Form von Seebergen fort, die sich über den Meeresboden erheben, aber die Wasseroberfläche nicht mehr durchbrechen. Was könnte für diese faszinierende geologische Formation verantwortlich sein?
Abbildung 3
Die hawaiianisch-japanische Vulkankette erstreckt sich von der Großen Insel Hawaii bis zum Kure-Atoll und setzt sich dann als eine Reihe von Seebergen unter Wasser fort. Die derzeit über Wasser befindlichen Inseln sind in festem Schwarz dargestellt, wobei sich die besiedelte Kette der Hauptinseln befindet (mehr…)
1963 der kanadische Geologe J., Tuzo Wilson schlug eine Hypothese vor, um die Ursprünge des Archipels zu erklären. Er schlug vor, dass sich die Inseln bildeten, als sich die Kruste des Pazifischen Ozeanbodens über eine Wärmequelle unter der Kruste bewegte (siehe Abbildung 4). Dieser Hot Spot, wie es bekannt wurde, produzierte Lava, die durch die Kruste auf den Meeresboden ausbrach. Schließlich wurden diese ausbrechenden Vulkane groß genug, um sich über den Meeresspiegel zu erheben und Inseln zu bilden (siehe Abbildung 5)., Als sich die ozeanische Kruste über den Hot Spot bewegte, wurde jeder kürzlich gebildete Vulkan vom Hot Spot in Richtung Nordwesten weggetragen und schnitt seine Lavaquelle ab. In der Zwischenzeit bildete sich eine neue Insel, so dass im Laufe der Zeit eine Kette von Inseln produziert wurde, die sich vom Hotspot entfernte. Als sich die Inseln weiter in Richtung Nordwesten bewegten, abseits des Hotspots, wurden sie vom Wind erodiert, Regen, und Wellen und sank schließlich unter den Meeresspiegel, um Seamounts zu werden.
Abbildung 4
1963 J., Tuzo Wilson schlug vor, dass sich die hawaiianischen Inseln bildeten, als sich die Kruste des Pazifischen Ozeanbodens über eine Wärmequelle innerhalb der Erde bewegte. (Diagramm angepasst von J. Tuzo Wilson, „Ein möglicher Ursprung der Hawaii-Inseln,“ (mehr…)
Bild 5
Die hawaiianischen Inseln gebildet wird, den Pazifischen Ozean sich über eine zugrunde liegende hot spot in der Erde, die hier dargestellt durch einen gestrichelten Kreis. Die heutige Insel Kauai entstand vor etwa 5 Millionen Jahren; Maui Nui, die Landmasse, die jetzt von Maui und in der Nähe vertreten wird (mehr…,)
Sobald diese Hypothese vorgeschlagen wurde, begannen Wissenschaftler nach Beweisen zu suchen, um sie zu testen. Zum Beispiel sagt die Hypothese voraus, dass die nordwestlicheren Seeberge und Inseln älter sein sollten als die Inseln im Südosten. Geologen können das Alter von Vulkangestein messen, indem sie die Mengen an Argon-Gas in diesen Gesteinen messen. Unmittelbar nach dem Abkühlen der Lava enthält es kein Argon, da das Gas aus dem geschmolzenen Gestein ausgestoßen wird. Vulkangestein enthält aber auch eine radioaktive Form des gemeinsamen Elements Kalium., Dieses Kalium zerfällt mit einer bekannten und konstanten Geschwindigkeit in Argon, und das Argon bleibt im Gestein gefangen. Um das Alter eines vulkanischen Gesteins zu bestimmen, können Wissenschaftler die Menge an Argon und die Menge an radioaktivem Kalium im Gestein messen. Je höher das Verhältnis, desto älter das Gestein.
Diese Messungen zeigten, dass die Big Island von Hawaii, am südöstlichen Ende des Archipels, mit einem geschätzten Alter von weniger als einer halben Million Jahren die jüngste der Kette ist (Panel 1)., Die Inseln Maui, Molokai, Lanai und Kahoolawe, die einst in einer Landmasse namens Maui Nui verbunden waren, sind die nächsten älteren. Die Inseln Oahu und Kauai haben ein höheres Alter, wobei letztere etwa fünf Millionen Jahre alt sind. Im Nordwesten sind die Vulkane zunehmend älter, mit Suiko Seamount im nördlichen Teil der Kette mit einem Alter von 65 Millionen Jahren.
Dieses Muster ist genau das, was durch die Hypothese vorhergesagt worden war, dass die Vulkane durch die Bewegung der Kruste über eine Wärmequelle erzeugt wurden., Durch den Vergleich des Alters der Vulkane mit ihren Trennungen sind Geologen zu dem Schluss gekommen, dass sich die Kruste des Pazifischen Ozeans mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Zentimetern pro Jahr über den Hotspot oder etwa einen Meter pro Jahrzehnt bewegt.
Eine weitere Quelle für Belege waren die Erhebungen der Inseln und Seeberge. Wenn Vulkaninseln altern, klingen sie allmählich ab und erodieren. So sollten in Hawaii die neuesten Inseln die höchsten sein—was wiederum genau das ist, was gefunden wird (siehe Abbildung 6)., Der höchste Gipfel auf der Big Island ist fast 4.250 Meter (14.000 Fuß), während die Insel Kauai nur etwa 1.500 Meter (5.000 Fuß) steigt. Die älteren Inseln jenseits von Kauai haben viel niedrigere Erhebungen. Ein Beispiel ist Necker Island, das etwa 300 Meilen nordwestlich von Kauai liegt und mit etwa 10 Millionen Jahren doppelt so alt ist. Die geologischen Eigenschaften des Unterwasserteils von Necker Island deuten darauf hin, dass er einst mehr als 1.000 Meter hoch war, aber heute liegt der höchste Punkt der Insel weniger als 100 Meter über dem Meeresspiegel., Jenseits von Kure werden die Spitzen der Seamounts immer tiefer. Suiko Seamount, einst eine Insel, ist jetzt 2 Kilometer (mehr als eine Meile) unter Wasser.
Abbildung 6
Die maximalen Höhen der hawaiianischen Inseln nehmen von Südosten nach Nordwesten allmählich ab, wobei die neuesten Inseln die höchsten sind. (Karte reproduziert mit Genehmigung von Dynamic Graphics, Inc., Alameda, CA, USA, Hersteller von EarthVision® Software, (mehr…)
Eine letzte Quelle für unterstützende Beweise war die Beobachtung, dass Insel Gebäude noch im Gange ist., Ein neuer Unterwasservulkan wurde etwa 32 Kilometer vor der Küste der Big Island entdeckt (siehe Abbildung 7). Bekannt als Loihi Seamount, erhebt es sich bereits mehr als 3.000 Meter über dem Pazifikboden und befindet sich derzeit etwa 1.000 Meter von der Meeresoberfläche entfernt. Irgendwann in den nächsten 100.000 Jahren könnte es sich über die Wellen erheben, um die neueste Ergänzung zu den Hawaii-Inseln zu produzieren.,
Abbildung 7
Der Loihi Seamount vor der Küste der Big Island liegt nun oberhalb des Hotspots unterhalb der Pazifikplatte und wächst stetig. (Diagramm nach Zeichnung von Joel E. Robinson, U. S. Geological Survey.)
Wilsons Hypothese über die Ursprünge der hawaiianischen Inseln, die jetzt gründlich getestet und akzeptiert wurde, hat zu einem viel breiteren Verständnis geologischer Prozesse beigetragen, die als Theorie der Plattentektonik bekannt sind., Ungefähr zur gleichen Zeit, als Wilson seine Hypothese aufstellte, erkannten er und andere Geologen, dass die Erdoberfläche in eine Reihe von „Platten“ verschiedener Größe zerbrochen ist, die sich in Beziehung zueinander bewegen können. Einige Platten dehnen sich von vulkanischen Graten nach außen aus, die den Kanten der Platten neues Material hinzufügen. Einige Platten verlieren Material, wenn ihre Kanten in tiefen ozeanischen Gräben in das Erdinnere eintauchen. Überall dort, wo Platten aufeinander treffen oder gegeneinander gleiten—zum Beispiel an der San Andreas Fault in Kalifornien—kann die Erdbebenaktivität besonders intensiv sein.,
Diese Theorie der Plattentektonik macht viele bisher ungeklärte geologische Merkmale aus. Zum Beispiel haben andere Hotspots unter der Erdkruste dazu beigetragen, geologische Formationen zu schaffen, wie der Hotspot unter dem Yellowstone National Park, der die heißen Quellen und Geysire des Parks erwärmt. Die Bewegungen der tektonischen Platten haben tiefgreifende Auswirkungen auf die ozeanische Zirkulation und das Klima gehabt—die Bewegung der Antarktis zum Südpol in den letzten 30 Millionen Jahren führte zur Bildung der südlichen Eiskappe und einer allmählichen Abkühlung des Planeten., In ähnlicher Weise erklärt die Theorie der Plattentektonik viele andere geologische Merkmale (siehe Abbildung 8). Die Biegung des hawaiianischen Archipels am Kure-Atoll zum Beispiel scheint auf eine Änderung der Bewegungsrichtung der Pazifikplatte vor etwa 43 Millionen Jahren in Kombination mit der Bewegung des Hotspots unter dem Archipel zurückzuführen zu sein.
Abbildung 8
Die hawaiianischen Inseln befinden sich in der Nähe der Mitte der Pazifikplatte, die sich in Richtung Nordwesten bewegt, wenn Material vom Midozean Ridge vor Südamerika auf die Platte gegeben wird., (Diagramm mit freundlicher Genehmigung von U. S. Geological Survey.)