7 de abril, 2017
Debajo del océano, las enormes placas tectónicas convergen y chocan entre sí, lo que impulsa a una por debajo de la otra. Esta poderosa colisión, llamada subducción, es la responsable de la formación de arcos volcánicos que albergan algunos de los acontecimientos geológicos más dramáticos de la Tierra, como erupciones volcánicas explosivas y megaterremotos.
Un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances cambia nuestra comprensión de cómo se forman las lavas de los arcos volcánicos, y puede tener implicaciones para el estudio de los terremotos y los riesgos de erupción volcánica.
Investigadores liderados por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) han descubierto un proceso hasta ahora desconocido que implica la fusión de rocas metamórficas intensamente mezcladas -conocidas como rocas mélange- que se forman a través de la alta tensión durante la subducción en el límite entre la losa y el manto.
Hasta ahora, se pensaba que la formación de lava comenzaba con una combinación de fluidos procedentes de una placa tectónica subductada, o losa, y sedimentos fundidos que luego se filtrarían al manto. Una vez en el manto, se mezclarían y desencadenarían más fusión, y finalmente entrarían en erupción en la superficie.
«Nuestro estudio muestra claramente que el modelo predominante de fusión de fluidos y sedimentos no puede ser correcto», dice Sune Nielsen, geóloga del WHOI y autora principal del artículo. «Esto es significativo porque casi todas las interpretaciones de los 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 encontraron fue que la melaza ya está realmente presente en la parte superior de la losa antes de que se produzca la mezcla con el manto.
«Este estudio demuestra -por primera vez- que la fusión de la melaza es el principal motor de la interacción entre la losa y el manto», afirma Nielsen.
Se trata de una distinción importante porque los científicos utilizan mediciones de isótopos y oligoelementos para determinar las composiciones de las lavas de arco y comprender mejor esta región crítica de las zonas de subducción. Cuándo y dónde se produce la mezcla, la fusión y la redistribución de los oligoelementos genera proporciones de firmas isotópicas enormemente diferentes.
El estudio se basa en un artículo anterior del colega y coautor de Nielsen, Horst Marschall, de la Universidad Goethe de Frankfurt, Alemania. Basándose en observaciones de campo de los afloramientos de mélange, Marschall observó que las manchas de material de mélange de baja densidad, denominadas diapiros, podrían ascender lentamente desde la superficie de la losa en subducción y llevar los materiales bien mezclados al manto bajo los volcanes de arco.
«El modelo de mélange-diapiros se ha inspirado en modelos informáticos y en un detallado trabajo de campo realizado en varias partes del mundo donde las rocas procedentes de la interfaz profunda entre la losa y el manto han sido llevadas a la superficie por fuerzas tectónicas», afirma Marschall. «Llevamos discutiendo el modelo desde hace al menos cinco años, pero muchos científicos pensaban que las rocas mélange no desempeñaban ningún papel en la generación de magmas. En su nuevo trabajo, Nielsen y Marschall compararon las proporciones de mezcla de ambos modelos con los datos químicos e isotópicos de estudios publicados sobre ocho arcos volcánicos representativos a nivel mundial: Marianas, Tonga, Antillas Menores, Aleutianas, Ryukyu, Scotia, 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 sedimentos y fluidos que prevalecen se alejan de los datos reales», afirma Nielsen.
Comprender los procesos que ocurren en las zonas de subducción es importante por muchas razones. A menudo denominadas como el motor del planeta, las zonas de subducción son las principales áreas en las que el agua y el dióxido de carbono contenidos en los antiguos fondos marinos se reciclan de nuevo en las profundidades de la Tierra, desempeñando papeles críticos en el control del clima a largo plazo y en la evolución del balance térmico del planeta.
Estos complejos procesos se producen a escalas de decenas a miles de kilómetros a lo largo de meses a cientos de millones de años, pero pueden generar terremotos catastróficos y tsunamis mortales que pueden producirse en cuestión de segundos.
«Una gran fracción de los riesgos volcánicos y sísmicos de la Tierra están asociados a las zonas de subducción, y algunas de esas zonas se encuentran cerca de donde viven cientos de millones de personas, como en Indonesia», afirma Nielsen. «Entender las razones de por qué y dónde se producen los terremotos, depende de conocer o comprender qué tipo de material está realmente presente ahí abajo y qué procesos tienen lugar».»
El equipo de investigación afirma que los resultados del estudio exigen una reevaluación de los datos publicados anteriormente y una revisión de los conceptos relacionados con los procesos de las zonas de subducción. Debido a que las rocas mélange han sido ignoradas en gran medida, no se sabe casi nada sobre sus propiedades físicas o el rango de temperaturas y presiones a las que se funden. Los futuros estudios para cuantificar estos parámetros pueden proporcionar una visión aún mayor del papel de la mélange en las zonas de subducción y del control que ejerce sobre la generación de terremotos y el vulcanismo de la zona de subducción.
Este trabajo fue financiado por una subvención de la División de Ciencias de la Tierra de la Fundación Nacional de Ciencias.
La Institución Oceanográfica Woods Hole es una organización privada sin ánimo de lucro situada en Cape Cod, Massachusetts, dedicada a la investigación marina, la ingeniería y la educación superior. Fundada en 1930 por recomendación de la Academia Nacional de Ciencias, su misión principal es entender el océano y su interacción con la Tierra en su conjunto, y comunicar una comprensión básica del papel del océano en el cambiante entorno global. Para más información, visite www.whoi.edu.