Bajo el océano, enormes placas tectónicas chocan y se muelen una contra la otra, lo que conduce a una debajo de la otra. Esta colisión de gran alcance, llamada subducción, es responsable para la formación de arcos volcánicos que son hogar de algunos de los más dramáticos eventos geológicos de la tierra, como las erupciones volcánicas explosivas y mega terremotos.
Los dos eventos principales - mezcla y fusión - se invierten en el modelo de melange, que es una distinción importante porque los científicos usan medidas de isótopos y elementos traza para determinar composiciones de lavas de arco. Crédito: Jack Cook, Institución Oceanográfica de Woods Hole.
Un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances cambia nuestra comprensión de cómo se forman las lavas de arco volcánico y puede tener implicaciones para el estudio de los terremotos y los riesgos de erupción volcánica.
Los investigadores dirigidos por la Institución Oceanográfica de Woods Hole (WHOI) han descubierto un proceso previamente desconocido de la fusión de las rocas metamórficas intensamente mezcladas — conocidas como rocas melange, que se forman a través de alta tensión durante la subducción en el límite de la losa y el manto.
Hasta ahora, se pensaba mucho que la formación de lava comenzó con una combinación de fluidos de una placa tectónica subducida, o la losa y los sedimentos derretidos que luego se infiltraron en el manto. Una vez que ya están en el manto, proceden a mezclarse y a desencadenar más fusión y finalmente estallan en la superficie.
"En nuestro estudio se muestra claramente que el modelo que impera de derretimiento líquido y los sedimentos no puede ser correcto," dice Sune Nielsen, un geólogo WHOI y autor principal del artículo. "Esto es importante porque casi todas las interpretaciones de los datos geoquímicos y geofísicos sobre zonas de subducción durante las últimas dos décadas se basan en ese modelo".
En cambio, lo que Nielsen y su colega encontraron que esa mélange es realidad ya presente en la parte de arriba de la losa antes de mezclarse con el manto.
"Este estudio acaba de mostrar por primera vez, que la mezcla de fusión es el principal motor de cómo interactúan la losa y manto," dice Nielsen.
Esta es una distinción importante porque los científicos utilizan mediciones de isótopos y elementos traza para determinar composiciones de lavas de arco y mejor entender esta región crítica de zonas de subducción. Cuando y donde ocurre la mezcla, fusión y redistribución de los elementos, se generan trazas de ratios de firma isotópica muy diferente.
El estudio se basa en un trabajo anterior del colega de Nielsen y coautor Horst Marschall de la Universidad Goethe en Frankfurt, Alemania. Basado en observaciones de campo de afloramientos de mélange, Marschall señaló que gotas de material de baja densidad de la mezcla, llamado diapiros, podrían levantarse lentamente de la superficie de la losa subducida y llevar los materiales bien mezclados en la capa debajo de volcanes del arco.
"El modelo de mezcla-diapiros fue inspirado" por modelos de computadora y trabajo de campo detallado en varias partes del mundo donde han sacado las rocas que vienen de la interfaz de la losa y el manto profundo a la superficie por fuerzas tectónicas, Marschall, dice. "Hemos estado discutiendo el modelo por al menos cinco años, pero muchos científicos pensaban que las rocas de mezcla no desempeñaban ningún papel en la generación de magmas. Despidió al modelo como 'geo-fantasía.' "
En su nuevo trabajo, Nielsen y Marschall en comparación con proporciones de mezcla de ambos modelos con los datos químicos e isotópicos de los estudios publicados de ocho arcos volcánicos representativos a nivel mundial: Islas Marianas, Tonga, Antillas, Aleutians, Ryukyu, Scotia, Kuriles y Sunda.
"Nuestro análisis de gran escala demuestra que el modelo de mezclado de mélange se ajusta a los datos de la literatura casi a la perfección en cada arco en todo el mundo, mientras que la prevaleciente línea de mezclado de sedimentos/ mezcla de fluídos prefominantes trazan lejos de los datos reales", dice Nielsen.
Comprender los procesos que ocurren en las zonas de subducción es importante por muchas razones. Las zonas de subducción son las principales áreas donde el agua y el dióxido de carbono dentro de antiguo lecho marino se reciclan en la tierra profunda, juegan papeles críticos en el control del clima a largo plazo y la evolución del presupuesto de calor del planeta.
Estos procesos complejos se producen en escalas de decenas a miles de kilómetros durante meses a cientos de millones de años, pero pueden generar sismos catastróficos y mortales tsunamis que pueden ocurrir en segundos.
"Una gran fracción de tierra volcánica y riesgos de terremoto se asocian a zonas de subducción, y algunas de esas zonas se encuentran cerca de donde viven cientos de millones de personas, como por ejemplo en Indonesia", dice Nielsen. "Comprender las razones de por qué y dónde se producen los terremotos, depende de saber o entender qué tipo de material está realmente presente allí y qué procesos tienen lugar."
El equipo de investigación dice que los resultados del estudio requieren una reevaluación de los datos previamente publicados y una revisión de conceptos relativos a los procesos de la zona de subducción. Debido a que las rocas de mélange han sido ignoradas en gran parte, no se sabe casi nada acerca de sus propiedades físicas o la gama de temperaturas y presiones que se funden en ella. Futuros estudios para cuantificar estos parámetros permitirán comprender mejor el papel de la mezcla en las zonas de subducción y el control que ejerce sobre la generación de terremotos y el volcanismo de la zona de subducción.
Un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances cambia nuestra comprensión de cómo se forman las lavas de arco volcánico y puede tener implicaciones para el estudio de los terremotos y los riesgos de erupción volcánica.
Los investigadores dirigidos por la Institución Oceanográfica de Woods Hole (WHOI) han descubierto un proceso previamente desconocido de la fusión de las rocas metamórficas intensamente mezcladas — conocidas como rocas melange, que se forman a través de alta tensión durante la subducción en el límite de la losa y el manto.
Hasta ahora, se pensaba mucho que la formación de lava comenzó con una combinación de fluidos de una placa tectónica subducida, o la losa y los sedimentos derretidos que luego se infiltraron en el manto. Una vez que ya están en el manto, proceden a mezclarse y a desencadenar más fusión y finalmente estallan en la superficie.
"En nuestro estudio se muestra claramente que el modelo que impera de derretimiento líquido y los sedimentos no puede ser correcto," dice Sune Nielsen, un geólogo WHOI y autor principal del artículo. "Esto es importante porque casi todas las interpretaciones de los datos geoquímicos y geofísicos sobre zonas de subducción durante las últimas dos décadas se basan en ese modelo".
En cambio, lo que Nielsen y su colega encontraron que esa mélange es realidad ya presente en la parte de arriba de la losa antes de mezclarse con el manto.
"Este estudio acaba de mostrar por primera vez, que la mezcla de fusión es el principal motor de cómo interactúan la losa y manto," dice Nielsen.
Esta es una distinción importante porque los científicos utilizan mediciones de isótopos y elementos traza para determinar composiciones de lavas de arco y mejor entender esta región crítica de zonas de subducción. Cuando y donde ocurre la mezcla, fusión y redistribución de los elementos, se generan trazas de ratios de firma isotópica muy diferente.
El estudio se basa en un trabajo anterior del colega de Nielsen y coautor Horst Marschall de la Universidad Goethe en Frankfurt, Alemania. Basado en observaciones de campo de afloramientos de mélange, Marschall señaló que gotas de material de baja densidad de la mezcla, llamado diapiros, podrían levantarse lentamente de la superficie de la losa subducida y llevar los materiales bien mezclados en la capa debajo de volcanes del arco.
"El modelo de mezcla-diapiros fue inspirado" por modelos de computadora y trabajo de campo detallado en varias partes del mundo donde han sacado las rocas que vienen de la interfaz de la losa y el manto profundo a la superficie por fuerzas tectónicas, Marschall, dice. "Hemos estado discutiendo el modelo por al menos cinco años, pero muchos científicos pensaban que las rocas de mezcla no desempeñaban ningún papel en la generación de magmas. Despidió al modelo como 'geo-fantasía.' "
En su nuevo trabajo, Nielsen y Marschall en comparación con proporciones de mezcla de ambos modelos con los datos químicos e isotópicos de los estudios publicados de ocho arcos volcánicos representativos a nivel mundial: Islas Marianas, Tonga, Antillas, Aleutians, Ryukyu, Scotia, Kuriles y Sunda.
"Nuestro análisis de gran escala demuestra que el modelo de mezclado de mélange se ajusta a los datos de la literatura casi a la perfección en cada arco en todo el mundo, mientras que la prevaleciente línea de mezclado de sedimentos/ mezcla de fluídos prefominantes trazan lejos de los datos reales", dice Nielsen.
Comprender los procesos que ocurren en las zonas de subducción es importante por muchas razones. Las zonas de subducción son las principales áreas donde el agua y el dióxido de carbono dentro de antiguo lecho marino se reciclan en la tierra profunda, juegan papeles críticos en el control del clima a largo plazo y la evolución del presupuesto de calor del planeta.
Estos procesos complejos se producen en escalas de decenas a miles de kilómetros durante meses a cientos de millones de años, pero pueden generar sismos catastróficos y mortales tsunamis que pueden ocurrir en segundos.
"Una gran fracción de tierra volcánica y riesgos de terremoto se asocian a zonas de subducción, y algunas de esas zonas se encuentran cerca de donde viven cientos de millones de personas, como por ejemplo en Indonesia", dice Nielsen. "Comprender las razones de por qué y dónde se producen los terremotos, depende de saber o entender qué tipo de material está realmente presente allí y qué procesos tienen lugar."
El equipo de investigación dice que los resultados del estudio requieren una reevaluación de los datos previamente publicados y una revisión de conceptos relativos a los procesos de la zona de subducción. Debido a que las rocas de mélange han sido ignoradas en gran parte, no se sabe casi nada acerca de sus propiedades físicas o la gama de temperaturas y presiones que se funden en ella. Futuros estudios para cuantificar estos parámetros permitirán comprender mejor el papel de la mezcla en las zonas de subducción y el control que ejerce sobre la generación de terremotos y el volcanismo de la zona de subducción.