Abaixo do oceano, placas tectônicas maciças colidem e se chocam umas contra as outras, o que leva um abaixo do outro. Esta colisão poderosa, chamada subducção, é responsável pela formação de arcos vulcânicos que abrigam alguns dos eventos geológicos mais dramáticos da Terra, como erupções vulcânicas explosivas e mega terremotos.

Um novo estudo publicado na revista Avanços da Ciência muda nossa compreensão de como as lavas de arco vulcânico são formadas, e pode ter implicações para o estudo de terremotos e os riscos de erupção vulcânica.

Pesquisadores liderados pela Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) descobriram um processo até então desconhecido envolvendo o derretimento de rochas metamórficas intensamente misturadas - conhecidas como rochas mélange - que se formam por meio de alta tensão durante a subducção na fronteira laje-manto.

Até agora, há muito se pensava que a formação de lava começou com uma combinação de fluidos de uma placa tectônica subduzida, ou laje, e sedimentos derretidos que então se infiltrariam no manto. Uma vez no manto, eles se misturariam e desencadeariam mais derretimento, e eventualmente explodir na superfície.

"Nosso estudo mostra claramente que o modelo de derretimento de fluido / sedimento predominante não pode ser correto, "diz Sune Nielsen, geólogo da WHOI e principal autor do artigo. "Isso é significativo porque quase todas as interpretações de dados geoquímicos e geofísicos em zonas de subducção nas últimas duas décadas são baseadas nesse modelo."

Em vez de, o que Nielsen e seu colega descobriram foi que a melange já está presente no topo da laje antes de se misturar com o manto.

"Este estudo mostra - pela primeira vez - que o derretimento da melange é o principal fator de como a laje e o manto interagem, "diz Nielsen.

Esta é uma distinção importante porque os cientistas usam medidas de isótopos e oligoelementos para determinar composições de arco lavas e compreender melhor esta região crítica das zonas de subducção. Quando e onde a mixagem, Derretendo, e a redistribuição de oligoelementos ocorre e gera proporções de assinatura isotópica muito diferentes.

O estudo se baseia em um artigo anterior do colega e co-autor de Nielsen Horst Marschall, da Goethe University em Frankfurt, Alemanha. Com base em observações de campo de afloramentos de mélange, Marschall observou que bolhas de material mélange de baixa densidade, chamados diapirs, pode subir lentamente da superfície da laje subdutora e carregar os materiais bem misturados para o manto abaixo dos vulcões de arco.

"O modelo mélange-diapir foi inspirado em modelos de computador e em trabalhos de campo detalhados em várias partes do mundo onde as rochas que vêm da interface placa-manto profunda foram trazidas à superfície por forças tectônicas, "Marschall diz." Estamos discutindo o modelo há pelo menos cinco anos, mas muitos cientistas pensaram que as rochas mélange não desempenharam nenhum papel na geração de magmas. Eles rejeitaram o modelo como 'geo-fantasia'. "

Em seu novo trabalho, Nielsen e Marschall compararam as proporções de mistura de ambos os modelos com dados químicos e isotópicos de estudos publicados de oito arcos vulcânicos globalmente representativos:Marianas, Tonga, Pequenas Antilhas, Aleutas, Ryukyu, Scotia, Kurile, e Sunda.

"Nossa análise em larga escala mostra que o modelo de mistura mélange se ajusta aos dados da literatura quase perfeitamente em todos os arcos em todo o mundo, enquanto as linhas de mistura de derretimento / fluido de sedimentos predominantes traçam longe dos dados reais, "Nielsen diz.

Compreender os processos que ocorrem nas zonas de subducção é importante por muitos motivos. Muitas vezes referido como o motor do planeta, as zonas de subducção são as principais áreas onde a água e o dióxido de carbono contidos no antigo fundo do mar são reciclados de volta para as profundezas da Terra, desempenhando papéis críticos no controle do clima de longo prazo e na evolução do orçamento de calor do planeta.

Esses processos complexos ocorrem em escalas de dezenas a milhares de quilômetros ao longo de meses a centenas de milhões de anos, mas pode gerar terremotos catastróficos e tsunamis mortais que podem ocorrer em segundos.

"Uma grande fração dos perigos vulcânicos e terremotos da Terra está associada a zonas de subducção, e algumas dessas zonas estão localizadas perto de onde vivem centenas de milhões de pessoas, como na Indonésia, "Nielsen diz." Compreender as razões por que e onde ocorrem os terremotos, depende de saber ou compreender que tipo de material está realmente presente lá e quais processos ocorrem. "

A equipe de pesquisa diz que as descobertas do estudo exigem uma reavaliação dos dados publicados anteriormente e uma revisão dos conceitos relacionados aos processos da zona de subducção. Porque as rochas mélange foram amplamente ignoradas, não se sabe quase nada sobre suas propriedades físicas ou a faixa de temperaturas e pressões a que fundem. Estudos futuros para quantificar esses parâmetros podem fornecer uma visão ainda maior sobre o papel da melange nas zonas de subducção e o controle que ela exerce sobre a geração de terremotos e o vulcanismo da zona de subducção.