Der Anahim Hotspot ist ein hypothetischer Hotspot im Inneren der kanadischen Provinz British Columbia. Er wurde infolge theoretischer Überlegungen und wissenschaftlicher Untersuchungen als mögliche Quelle für den Vulkanismus im Anahim-Vulkangürtel vorgeschlagen, einer 300 km langen Kette von Vulkanen und anderer magmatischer Objekte, die einer Erosion ausgesetzt waren und sind. Diese Kette erstreckt sich von der Gemeinde Bella Bella im Westen bis nahe an die kleine Stadt Quesnel im Osten. Während die meisten Vulkane durch geologische Aktivitäten an den Grenzen tektonischer Platten entstanden, ist der Anahim Hotspot Hunderte von Kilometern von der nächstgelegenen Plattengrenze entfernt.
Der Hotspot wurde erstmals in den 1970er Jahren von drei Wissenschaftlern erörtert, welche die klassische Hotspot-Theorie von John Tuzo Wilson zugrunde legten. Diese Theorie nimmt an, dass eine einzelne, lokal fixierte Mantelplume Vulkane hervorbringt, die anschließend, von ihrer Quelle durch die Bewegung der (in diesem Fall Nordamerikanischen) tektonischen Platte abgeschnitten, zunehmend an Aktivität verlieren und im Laufe von Jahrmillionen schließlich erodiert werden. Eine neuere Theorie, 2001 durch die Geological Society of America veröffentlicht, geht davon aus, dass der Anahim Hotspot durch eine Plume aus dem oberen Erdmantel gespeist sein könnte, und weniger durch eine tiefsitzende Plume wie die von Wilson angenommene. Seitdem haben tomografische Verfahren eine (anomale) Zone langsamer Schergeschwindigkeit (engl. low-velocity zone) identifiziert, die eine hebende Plume in ungefähr 400 km Tiefe anzeigt. Diese Messungen könnten jedoch die wahren Verhältnisse unterschätzen, da die Anomalie aus größerer Tiefe stammen könnte.
Der Vulkanismus steht seit frühestens 14,5 Millionen Jahren mit dem Anahim Hotspot im Zusammenhang; die letzte Eruption fand in den letzten 8.000 Jahren statt. Diese vulkanische Aktivität erzeugte Gesteine, welche eine bimodale Verteilung der Zusammensetzung aufweisen. Während diese Gesteine abgelagert wurden, fiel der Hotspot mit Perioden von Extensionen der Erdkruste und tektonischen Hebungen zusammen. Die Aktivität in jüngerer Zeit beschränkte sich auf Erdbeben und den Ausstoß vulkanischer Gase.
Theorien mini|rechts|alt=|Skizze der mehrdimensionalen Natur einer Mantel-Plume, welche die Schaffung einer sogenannten Superplume in der D″-Schicht des unteren Erdmantels und die Erzeugung von Plumen im oberen Erdmantel aus der Schicht niedriger Viskosität unterhalb von 670 km einbezieht. Tektonische Platten bündeln an ihren Grenzen Deformation und Vulkanismus. Der Anahim Hotspot ist jedoch etwa 500 km von der nächstgelegenen Plattengrenze entfernt. Bei der Untersuchung des Anahim-Vulkangürtels 1979 nutzten die kanadischen Geologen Mary Bevier, Richard Armstrong und Jack Souther die Hotspot-Theorie, um zu erklären, dass diese vulkanische Zone von normalen Bedingungen weit entfernt sei. Die Theorie wurde erstmals 1963 durch den kanadischen Geophysiker John Tuzo Wilson aufgestellt, um die Entstehung der Hawaii-Inseln erklären zu können.
Wilsons Theorie der stationären Hotspots Wilson schlug 1963 vor, dass unter der Erdoberfläche kleine, langlebige, außerordentlich heiße magmatische Gebiete existieren; diese Hitzezentren schaffen thermisch aktive Mantel-Plumen, welche wiederum eine langanhaltende vulkanische Aktivität unterhalten. Dieser „Vulkanismus inmitten einer Platte“ schafft Berge, die über die umgebende Landschaft aufragen. Die Tektonik veranlasst die lokal vorhandene tektonische Platte (im Falle des Anahim Hotspot die Nordamerikanische), langsam über den Hotspot zu gleiten und die Vulkane mit sich zu nehmen, ohne die Plume zu beeinflussen. Im Verlauf von Hunderten oder Tausenden von Jahren wird die Zufuhr von Magma zum Vulkan langsam abgeschnitten und geht schließlich ganz verloren. Da der Vulkan nicht länger aktiv genug ist, um der Erosion entgegenzuwirken, wird er langsam (ggf. vollständig) abgetragen. Wenn sich der Zyklus wiederholt, manifestiert sich ein neues vulkanisches Zentrum, und ein neuer Vulkan entsteht. Der Prozess setzt sich fort, bis die Mantel-Plume kollabiert.
Dieser Zyklus von Wachstum und Inaktivität reiht Vulkane über Jahrmillionen hinweg aneinander und hinterlässt eine Kette vulkanischer Berge und Intrusionen, die von der Küste von British Columbia quer durch die Coast Mountains bis ins Interior Plateau reicht. Entsprechend Wilsons Theorie sollten die Vulkane des Anahim-Gürtels zunehmend älter und erodierter sein, je weiter sie vom Hotspot entfernt sind. Dies ist leicht zu erkennen. Die ältesten Gesteine an der Küste von British Columbia, die Gale-Passage-Dyke-Schwärme, sind etwa 14,5 Millionen Jahre alt und stark erodiert, wogegen das Gestein am Nazko Cone, das heutige Zentrum des Hotspots, mit 0,34 Millionen Jahren oder jünger vergleichsweise jung sind. Eine Radiokarbondatierung von Torf direkt über und unter einer Tephra-Schicht, die sich über 4 km vom Nazko Cone aus erstreckt, legt nahe, dass dessen letzte Eruption vor etwa 7.200 Jahren mit starkem Ausstoß von Kohlendioxid erfolgte.
mini|links|500px|alt=Karte mit der Lage einer ost-west-ausgerichteten Zone untereinander verbundener Vulkane, die von der British Columbia Coast bis ins Interior reicht|Relativer Weg des Anahim Hotspot über die letzten 14,5 Millionen Jahre hinweg Geophysiker glauben, dass Hotspots an einer oder zwei Hauptgrenzen tief in der Erde entstehen, entweder in einer flachen Zwischenschicht im unteren Erdmantel zwischen einer Konvektionsschicht im oberen Mantel und einer tiefer gelegenen Schicht, die nicht der Konvektion unterliegt, oder der noch tiefer gelegenen D″-Schicht, die etwa 200 km dick ist und unmittelbar oberhalb der Kern-Mantel-Grenze liegt. Eine Mantel-Plume würde an der Zwischenschicht entstehen, wenn die wärmere, tiefere Schicht einen Teil der kühleren, oberhalb gelegenen Schicht aufheizte. Dieser erhitzte, schwimmende und weniger viskose Teil der oberen Schicht würde aufgrund der Wärmeausdehnung an Dichte abnehmen und als Rayleigh-Taylor-Instabilität zur Oberfläche aufsteigen. Wenn die Mantel-Plume die Basis der Lithosphäre erreicht, wird diese durch die Plume erhitzt und aufgeschmolzen. Danach bahnt sich dieses Magma seinen Weg zur Erdoberfläche, wo es als Lava ausgestoßen wird.
Argumente für die Validität der Hotspot-Theorie zielen im Allgemeinen auf die stetige Alterszunahme der Anahim-Vulkane und gleichartiger Objekte. So gibt es am Yellowstone Hotspot einen Trend der ostwärtsgerichteten Verjüngung, der sich über 1400 km nach Südosten verfolgen lässt. Das Vorhandensein zweier solcher Hotspot-Spuren auf demselben Kontinent und ihre prinzipielle Übereinstimmung bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Bewegung der Nordamerikanischen Platte zu beurteilen und zu überprüfen.
Theorie des oberflächennahen Hotspots Eine andere Hypothese besagt, dass der Anahim Hotspot durch eine Miniplume gespeist wird. Diese Mantel-Plumen haben ihre Wurzeln im oberen Erdmantel, können später jedoch auch aus dem unteren Erdmantel stammen. Argumente für eine Miniplume im Anahim Hotspot konzentrieren sich auf die Existenz zweier kleiner Dyke-Schwärme am westlichen (und folglich ältesten) Ende des Anahim-Vulkangürtels. Diese Annahme beruht wiederum auf der Beobachtung, dass riesige Dyke-Schwärme die Ankunft tiefliegender Mantel-Plumen markieren.
Forschungsgeschichte Jack Souther erstellte 1977 eine Synthese des Vulkanismus in der kanadischen Kordillere und beschrieb verschiedene neogene bis quartäre Vulkangürtel in ganz British Columbia. Einer davon war der lineare Anahim-Vulkangürtel, zu welchem auch das Wells Gray-Clearwater-Vulkanfeld an seinem östlichen Ende gehört. Sein Ursprung ist allerdings noch nicht geklärt. Zwei vulkanisch-tektonische Modelle wurden 1979 von Jack Souther, Mary Bevier und Richard Armstrong vorgeschlagen. Diese enthielten einen Hotspot und einen fortschreitenden Bruch, der durch ein Spannungsfeld gesteuert wird, welches im Zusammenhang mit der großräumigen Plattentektonik des westlichen Nordamerika steht.
mini|rechts|alt=|Querschnittsdiagramm des inneren Aufbaus der Erde Garry C. Rogers von der Geological Survey of Canada vermutete 1981, dass Schwarmbeben am McNaughton Lake (heute Kinbasket Lake) mit dem Anahim Hotspot zusammenhängen könnten. Rogers beobachtete, dass wenn die Seismizität in Beziehung zu einem Hotspot steht, die Oberflächen-Expression 100 km hinter der Passage des Hotspots zum Ausdruck kommt. Eine von Rogers ins Spiel gebrachte alternative Theorie besteht darin, dass wenn der Anahim Hotspot unter dem Wells Gray-Clearwater-Gebiet läge, das den Hotspot umgebende Spannungsfeld diesem etwa 100 km vorauseilen müsste.
Die kanadische Vulkanologin Catherine Hickson deckte 1987 auf, dass das Wells Gray-Clearwater-Vulkanfeld nicht Teil des Anahim-Vulkangürtels ist, sondern eher ein eigenständiges vulkanisches Zentrum, das höchstwahrscheinlich ein Gebiet lithosphärischer Dekompressionsschmelze repräsentiert, das durch Rifting entlang einer zuvor existenten Verwerfung verursacht wird. Das Wells Gray-Clearwater-Vulkanfeld wird seither nicht als zum Anahim-Vulkangürtel zugehörig angesehen, und der Anahim Hotspot wird nicht mehr im Gebiet des Nazko Cone vermutet.
Die Existenz eines Anahim Hotspot wurde mit einem detaillierten Bericht im Bulletin of Volcanology von Kuehn et al. (2015) unterstützt. Dazu gehören neue geochemische und chronostratigraphische Daten für die Vulkanfelder am Baldface Mountain und am Satah Mountain sowie für den Nazko Cone. Die gewonnenen Daten weisen nach, dass der Vulkanismus in den beiden Gebieten zeitgleich mit dem benachbarten Schildvulkan Itcha Range stattfand, und dass beide Vulkanfelder mit der Bewegungsrichtung der nordamerikanischen Platte über einen Hotspot im British Columbia Interior übereinstimmen. Es wurde gleichfalls festgehalten, dass die Muster der Spurenelemente und der Seltenen Erden der mafischen Laven im Anahim-Vulkangürtel den ozeanischen Inselbasalten ähnlich sind, was stärker für einen Hotspot spricht.
Charakteristik Lage Örtlich hochauflösende tomografische Daten zeigen eine mögliche Plume im unteren Erdmantel und Empirische Evidenz für einen See von Plumen-Material aufgrund einer großen Zone geringer Schergeschwindigkeit im oberen Erdmantel. Diese Zonen geringer seismischer Geschwindigkeit zeigen heißeres und eher schwimmendes Mantelmaterial an. Die Zone geringer Schergeschwindigkeit wird an beiden Seiten flankiert von Hochgeschwindigkeits-Anomalien mit variabler Amplitude. Im Norden können hohe Geschwindigkeiten die Überreste batholitischer Wurzel widerspiegeln, die sich vor 150 bis 50 Millionen Jahren als Ergebnis fortlaufender Subduktion entlang des nördlichen Kontinentalrandes bildeten. Hohe Geschwindigkeiten im Süden repräsentieren das in Subduktion befindliche Juan-de-Fuca-Schollen-Fenster. Zentriert nahe dem Nazko Cone erstreckt sich die Zone niedriger Geschwindigkeit bis zu einer Tiefe von etwa 400 km. Sie könnte jedoch südwärts nahe dem Juan-de-Fuca-Schollen-Fenster noch tiefer durch die Mantelübergangszone hindurch in den unteren Erdmantel reichen. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass der Anahim Hotspot durch eine Mantel-Plume über einem Strom über eine Fenster-Kante gespeist sein könnte. Untersuchungen der Isotope von Blei und Strontium in den Laven des Anahim-Vulkangürtels zeigen die Anwesenheit des subozeanischen Mantels unter dem zentralen British Columbia, welche andererseits das Fehlen eines in Subduktion befindlichen Schollen-Fensters unter dem Anahim-Vulkangürtel seit dem Miozän bekräftigen.
Bewegung