Vulkanbuer dannes ved dyb smeltning af stenblandinger

Under havet, massive tektoniske plader kolliderer og sliber mod hinanden, som kører den ene under den anden. Denne kraftige kollision, kaldet subduktion, er ansvarlig for at danne vulkanske buer, der er hjemsted for nogle af Jordens mest dramatiske geologiske begivenheder, såsom eksplosive vulkanudbrud og mega jordskælv.

En ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt ændrer vores forståelse af, hvordan vulkanske buelavaer dannes, og kan have konsekvenser for undersøgelsen af ​​jordskælv og risikoen for vulkanudbrud.

Forskere ledet af Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) har opdaget en tidligere ukendt proces, der involverer smeltning af stærkt blandede metamorfe sten-kendt som melange-sten-der dannes ved høj belastning under subduktion ved pladen-kappegrænsen.

Indtil nu, man troede længe, ​​at lavadannelse begyndte med en kombination af væsker fra en subduktion tektonisk plade, eller plade, og smeltede sedimenter, der derefter ville trænge ind i kappen. En gang i kappen, de ville blande og udløse mere smeltning, og til sidst bryde ud ved overfladen.

"Vores undersøgelse viser klart, at den fremherskende væske/sedimentsmeltemodel ikke kan være korrekt, siger Sune Nielsen, en WHOI-geolog og hovedforfatter af papiret. "Dette er vigtigt, fordi næsten alle fortolkninger af geokemiske og geofysiske data om subduktionszoner i de sidste to årtier er baseret på den model."

I stedet, det Nielsen og hans kollega fandt ud af, var, at der faktisk allerede er melange i toppen af ​​pladen, før blandingen med kappen finder sted.

"Denne undersøgelse viser - for første gang - at melangesmeltning er hoveddrivkraften for, hvordan pladen og kappen interagerer, «siger Nielsen.

Dette er en vigtig forskel, fordi forskere bruger målinger af isotoper og sporstoffer til at bestemme sammensætninger af lysbuer og bedre forstå denne kritiske region af subduktionszoner. Når og hvor blandingen, smeltning, og omfordeling af sporstoffer forekommer genererer vidt forskellige isotopiske signaturforhold.

Undersøgelsen bygger på et tidligere papir fra Nielsens kollega og medforfatter Horst Marschall fra Goethe Universitet i Frankfurt, Tyskland. Baseret på feltobservationer af melange -afgrøder, Marschall bemærkede, at klatter af melangemateriale med lav densitet, kaldet diapirs, kan stige langsomt fra overfladen af ​​den subdukterende plade og føre de godt blandede materialer ind i kappen under buevulkaner.

"Mélange-diapir-modellen er inspireret af computermodeller og af detaljeret feltarbejde i forskellige dele af verden, hvor sten, der kommer fra den dybe plade-kappe-grænseflade, er blevet bragt til overfladen af ​​tektoniske kræfter, "Siger Marschall." Vi har diskuteret modellen i mindst fem år nu, men mange videnskabsmænd mente, at de melerede klipper ikke spillede nogen rolle i genereringen af ​​magmaer. De afviste modellen som 'geo-fantasi'."

I deres nye arbejde, Nielsen og Marschall sammenlignede blandingsforhold fra begge modeller med kemiske og isotopiske data fra offentliggjorte undersøgelser af otte globalt repræsentative vulkanske buer:Marianas, Tonga, Små Antiller, Aleuterne, Ryukyu, Scotia, Kurile, og Sunda.

"Vores bredskalaanalyse viser, at blandingsmodellen passer næsten perfekt til litteraturdataene i enhver bue verden over, mens de fremherskende sedimentsmelte/væskeblandingslinjer plotter langt fra de faktiske data, "Siger Nielsen.

At forstå de processer, der forekommer ved subduktionszoner, er vigtigt af mange grunde. Ofte omtalt som planetens motor, subduktionszoner er de vigtigste områder, hvor vand og kuldioxid indeholdt i den gamle havbund tilbageføres til den dybe jord, spiller kritiske roller i kontrollen af ​​det langsigtede klima og udviklingen af ​​planetens varmebudget.

Disse komplekse processer forekommer på skalaer fra titusinder til tusinder af kilometer over måneder til hundreder af millioner af år, men kan generere katastrofale jordskælv og dødelige tsunamier, der kan opstå på få sekunder.

"En stor del af Jordens vulkan- og jordskælvsfare er forbundet med subduktionszoner, og nogle af disse zoner er placeret i nærheden af, hvor der bor hundreder af millioner af mennesker, som i Indonesien, " siger Nielsen. "For at forstå årsagerne til, hvorfor og hvor der opstår jordskælv, afhænger af at vide eller forstå, hvilken type materiale der rent faktisk er til stede dernede, og hvilke processer der finder sted. "

Forskerholdet siger, at undersøgelsens resultater kræver en reevaluering af tidligere offentliggjorte data og en revision af koncepter vedrørende subduktionszoneprocesser. Fordi melerede klipper stort set er blevet ignoreret, der er næsten intet kendt om deres fysiske egenskaber eller rækkevidden af ​​temperaturer og tryk, de smelter ved. Fremtidige undersøgelser for at kvantificere disse parametre vil give endnu større indsigt i rollen som melange i subduktionszoner og den kontrol, den udøver over jordskælvsgenerering og subduktionszonevulkanisme.