Los arcos volcánicos se forman por fusión profunda de mezclas de rocas

Hasta ahora, se pensaba que la formación de lava comenzó con una combinación de fluidos de una placa tectónica subducida, o losa, y sedimentos derretidos que luego se infiltrarían en el manto. Una vez en el manto, se mezclan y desencadenan más fusión y, finalmente, erupcionan a la superficie.

"Nuestro estudio demuestra claramente que el modelo prevaleciente de líquido/sedimento no puede ser correcto --afirma el autor principal del artículo, Sune Nielsen, geólogo de WHOI--. Esto es significativo porque casi todas las interpretaciones de datos geoquímicos y geofísicos sobre las zonas de subducción de las últimas dos décadas se basan en ese modelo".

En cambio, lo que Nielsen y su colega descubrieron fue que la mezcla ya está presente en la parte superior de la losa antes de que se mezcle con el manto. "Este estudio demuestra, por primera vez, que la mezcla de fusión es el principal motor de cómo la losa y el manto interactúan", revela Nielsen, cuyo estudio se publica en Science Advances.

Se trata de una distinción importante porque los científicos usan medidas de isótopos y oligoelementos para determinar composiciones de arcos de lavas y comprender mejor esta región crítica de las zonas de subducción. En el momento y el lugar en el que se produce la mezcla, fusión y redistribución de oligoelementos se generan ratios de firmas isotópicas muy diferentes.

EL PAPEL IGNORADO DEL MELANGE

El estudio se basa en un artículo anterior del colega y coautor de Nielsen Horst Marschall de la Universidad Goethe, en Frankfurt, Alemania. Basado en observaciones de campo de los afloramientos de mezcla, Marschall observó que las gotas del material de mezcla de baja densidad, llamadas diapirs, podrían levantarse lentamente de la superficie de la losa que se desliza bajo otra y llevar los materiales bien mezclados en el manto debajo de los arcos volcánicos.

"El modelo de melange-diapir fue inspirado en modelos de computadora y por el trabajo de campo detallado en varias partes del mundo donde las rocas que vienen de la interfase profunda de losa-manto han sido traídas a la superficie por las fuerzas tectónicas", dice Marschall. "Hemos estado discutiendo el modelo por lo menos hace cinco años, pero muchos científicos pensaron que las rocas melange no desempeñaron ningún papel en la generación de magmas. Desecharon el modelo como geo-fantasía", agrega.

En su nuevo trabajo, Nielsen y Marschall compararon relaciones de mezcla de ambos modelos con datos químicos e isotópicos de estudios publicados de ocho arcos volcánicos representativos globalmente: Marianas, Tonga, Antillas Menores, Aleutitas, Ryukyu, Escocia, Kurile y Sunda.

"Nuestro análisis a gran escala muestra que el modelo de mezcla de melange se ajusta a los datos de la literatura casi perfectamente en cada arco en todo el mundo, mientras que las líneas de mezcla de sedimento/fluidos predominantes están lejos de los datos reales", dice Nielsen.

Entender los procesos que ocurren en las zonas de subducción es importante por muchas razones. Las zonas de subducción son las principales zonas donde el agua y el dióxido de carbono contenidos en el viejo fondo marino son reciclados de nuevo en la Tierra profunda, desempeñando papeles críticos en el control del clima a largo plazo y la evolución del presupuesto 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 pueden generar terremotos catastróficos y tsunamis mortales que pueden suceder en segundos.

"Una gran parte de los peligros de la Tierra en los terremotos y volcanes están asociados con zonas de subducción y algunas de esas zonas se encuentran 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 entender qué tipo de material está realmente presente allá abajo y qué procesos tienen lugar".

El equipo dice que sus hallazgos requieren una reevaluación de los datos previamente publicados y una revisión de los conceptos relativos a los procesos de la zona de subducción. Debido a que las rocas de melange han sido en gran parte ignoradas, casi no se sabe nada acerca de sus propiedades físicas o la gama de temperaturas y presiones en las que se funden. Estudios futuros para cuantificar estos parámetros permitirán comprender aún mejor el papel de la mezcla en las zonas de subducción y el control que ésta ejerce sobre la generación de terremotos y el volcanismo de la zona de subducción.