Debajo del océano placas tectónicas masivas chocan y se muelen unas contra otras, que conduce uno debajo del otro. Esta poderosa colisión, llamado subducción, es responsable de formar arcos volcánicos que albergan algunos de los eventos geológicos más dramáticos de la Tierra, como erupciones volcánicas explosivas y mega terremotos.

Un nuevo estudio publicado en la revista Avances de la ciencia cambia nuestra comprensión de cómo se forman las lavas de arco volcánico, y puede tener implicaciones para el estudio de terremotos y los riesgos de erupción volcánica.

Investigadores dirigidos por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) han descubierto un proceso previamente desconocido que involucra el derretimiento de rocas metamórficas intensamente mezcladas, conocidas como rocas mélange, que se forman a través de un alto estrés durante la subducción en el límite entre la losa y el manto.

Hasta ahora, Durante mucho tiempo se pensó que la formación de lava comenzaba con una combinación de fluidos de una placa tectónica subducida, o losa, y sedimentos fundidos que luego se filtrarían en el manto. Una vez en el manto, se mezclarían y provocarían más fusión, y eventualmente estallar en la superficie.

"Nuestro estudio muestra claramente que el modelo de derretimiento de fluidos / sedimentos predominante no puede ser correcto, "dice Sune Nielsen, un geólogo del WHOI y autor principal del artículo. "Esto es significativo porque casi todas las interpretaciones de datos geoquímicos y geofísicos sobre zonas de subducción durante las últimas dos décadas se basan en ese modelo".

En lugar de, lo que Nielsen y su colega encontraron fue que mélange ya está presente en la parte superior de la losa antes de que se mezcle con el manto.

"Este estudio muestra, por primera vez, que la fusión de mélange es el principal impulsor de cómo interactúan la losa y el manto, "dice Nielsen.

Esta es una distinción importante porque los científicos utilizan mediciones de isótopos y oligoelementos para determinar la composición de las lavas de arco y comprender mejor esta región crítica de zonas de subducción. Cuando y donde la mezcla, derritiendo, y la redistribución de oligoelementos genera proporciones de firmas isotópicas muy diferentes.

El estudio se basa en un artículo anterior del colega y coautor de Nielsen, Horst Marschall, de la Universidad Goethe de Frankfurt, Alemania. Basado en observaciones de campo de afloramientos de mélange, Marschall notó que las manchas de material de mezcla de baja densidad, llamados diapiros, podría elevarse lentamente desde la superficie de la losa en subducción y llevar los materiales bien mezclados al manto debajo de los volcanes de arco.

"El modelo mélange-diapir se inspiró en modelos informáticos y en un trabajo de campo detallado en varias partes del mundo donde las rocas que provienen de la interfaz profunda losa-manto han sido traídas a la superficie por fuerzas tectónicas, Marschall dice. "Hemos estado discutiendo el modelo durante al menos cinco años, pero muchos científicos pensaron que las rocas mélange no desempeñaban ningún papel en la generación de magmas. Descartaron el modelo como 'geo-fantasía' ".

En su nuevo trabajo, Nielsen y Marschall compararon las proporciones de mezcla de ambos modelos con datos químicos e isotópicos de estudios publicados de ocho arcos volcánicos representativos a nivel mundial:Marianas, Tonga, Antillas Menores, Aleutianas, Ryukyu, Escocia, Kurile, y Sunda.

"Nuestro análisis a gran escala muestra que el modelo de mezcla de mélange se ajusta a los datos de la literatura casi a la perfección en todos los arcos del mundo, mientras que las líneas de mezcla de fluidos / derretidos de sedimentos predominantes se trazan lejos de los datos reales, "Dice Nielsen.

Comprender los procesos que ocurren en las zonas de subducción es importante por muchas razones. A menudo conocido como el motor del planeta, Las zonas de subducción son las áreas principales donde el agua y el dióxido de carbono contenidos en el lecho marino antiguo se reciclan de nuevo a las profundidades de la Tierra. desempeñando papeles críticos en el control del clima a largo plazo y la evolución del balance de calor del planeta.

Estos procesos complejos ocurren en escalas de decenas a miles de kilómetros durante meses a cientos de millones de años, pero puede generar terremotos catastróficos y tsunamis mortales que pueden ocurrir en segundos.

"Una gran fracción de los peligros volcánicos y sísmicos de la Tierra están asociados con zonas de subducción, y algunas de esas zonas están ubicadas cerca de donde viven cientos de millones de personas, como en Indonesia, ", Dice Nielsen." Comprender las razones de por qué y dónde ocurren los terremotos, depende de saber o comprender qué tipo de material está realmente presente allí y qué procesos tienen lugar ".

El equipo de investigación dice que los hallazgos del estudio exigen una reevaluación de los datos publicados anteriormente y una revisión de los conceptos relacionados con los procesos de la zona de subducción. Debido a que las rocas mélange se han ignorado en gran medida, casi no se sabe nada sobre sus propiedades físicas o el rango de temperaturas y presiones a las que se derriten. Los estudios futuros para cuantificar estos parámetros pueden proporcionar una comprensión aún mayor del papel de la mélange en las zonas de subducción y el control que ejerce sobre la generación de terremotos y el vulcanismo de la zona de subducción.