Under havet, massiva tektoniska plattor kolliderar och maler mot varandra, som driver det ena under det andra. Denna kraftfulla kollision, kallas subduktion, ansvarar för att bilda vulkanbågar som är hem för några av jordens mest dramatiska geologiska händelser, som explosiva vulkanutbrott och mega jordbävningar.

En ny studie publicerad i tidskriften Vetenskapliga framsteg förändrar vår förståelse för hur vulkaniska båglava bildas, och kan ha konsekvenser för studier av jordbävningar och riskerna för vulkanutbrott.

Forskare under ledning av Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) har upptäckt en tidigare okänd process som involverar smältning av intensivt blandade metamorfa bergarter-kända som blandade bergarter-som bildas genom hög stress under subduktion vid plattan-mantelgränsen.

Tills nu, man trodde länge att lava bildades med en kombination av vätskor från en subdukterad tektonisk platta, eller platta, och smälta sediment som sedan skulle tränga in i manteln. Väl i manteln, de skulle blanda och utlösa mer smältning, och så småningom bryter ut på ytan.

"Vår studie visar tydligt att den rådande vätske/sedimentsmältningsmodellen inte kan vara korrekt, säger Sune Nielsen, en WHOI -geolog och huvudförfattare till tidningen. "Detta är viktigt eftersom nästan alla tolkningar av geokemiska och geofysiska data om subduktionszoner under de senaste två decennierna är baserade på den modellen."

Istället, vad Nielsen och hans kollega fann var att mélange faktiskt redan finns på toppen av plattan innan blandning med manteln äger rum.

"Denna studie visar - för första gången - att blandning av blandning är den främsta drivkraften för hur plattan och manteln interagerar, säger Nielsen.

Detta är en viktig skillnad eftersom forskare använder mätningar av isotop och spårelement för att bestämma sammansättningar av båglava och bättre förstå denna kritiska region i subduktionszoner. När och var blandningen, smältande, och omfördelning av spårelement sker genererar mycket olika isotopiska signaturförhållanden.

Studien bygger på en tidigare uppsats av Nielsens kollega och medförfattare Horst Marschall vid Goethe-universitetet i Frankfurt, Tyskland. Baserat på fältobservationer av blandade utmarker, Marschall noterade att klossar av blandat material med låg densitet, kallas blöjor, kan stiga långsamt från ytan på den subdukterande plattan och bära de välblandade materialen in i manteln under bågvulkaner.

"Mélange-diapir-modellen inspirerades av datormodeller och av detaljerat fältarbete i olika delar av världen där stenar som kommer från den djupa plattan-mantelgränssnittet har förts upp till ytan av tektoniska krafter, "Säger Marschall." Vi har diskuterat modellen i minst fem år nu, men många forskare tyckte att de blandade stenarna inte spelade någon roll vid generering av magmas. De avfärdade modellen som "geofantasi". "

I deras nya verk, Nielsen och Marschall jämförde blandningsförhållanden från båda modellerna med kemiska och isotopiska data från publicerade studier av åtta globalt representativa vulkanbågar:Marianas, Tonga, Mindre Antillerna, Aleutier, Ryukyu, Scotia, Kurile, och Sunda.

"Vår omfattande analys visar att blandningsmodellen för blandning passar litteraturdata nästan perfekt i varje båge världen över, medan de rådande sedimentsmältnings-/vätskeblandningsledningarna plottar långt från de faktiska uppgifterna, Säger Nielsen.

Att förstå de processer som sker vid subduktionszoner är viktigt av många skäl. Kallas ofta planetens motor, subduktionszoner är huvudområdena där vatten och koldioxid som finns i gamla havsbotten återvinns tillbaka till den djupa jorden, spelar kritiska roller för kontrollen av det långsiktiga klimatet och utvecklingen av planetens värmebudget.

Dessa komplexa processer sker på skalor av tiotals till tusentals kilometer under månader till hundratals miljoner år, men kan generera katastrofala jordbävningar och dödliga tsunamier som kan inträffa på några sekunder.

"En stor del av jordens vulkan- och jordbävningsrisker är associerade med subduktionszoner, och några av dessa zoner ligger nära där hundratals miljoner människor bor, som i Indonesien, "Säger Nielsen." Förstå orsakerna till varför och var jordbävningar inträffar, beror på att veta eller förstå vilken typ av material som faktiskt finns där nere och vilka processer som äger rum. "

Forskargruppen säger att studiens resultat kräver en omvärdering av tidigare publicerade data och en översyn av begrepp relaterade till subduktionszonprocesser. Eftersom blandade stenar i stort sett har ignorerats, det är nästan ingenting känt om deras fysikaliska egenskaper eller temperaturintervallet och trycket de smälter vid. Framtida studier för att kvantifiera dessa parametrar ger ännu större inblick i mélangens roll i subduktionszoner och kontrollen över jordbävningsgenerering och subduktionszonens vulkanism.