Djupt under havsbotten, en sjunkande tektonisk platta orsakar en "svärm" av jordbävningar, mata smält sten till nybildande vulkaner, ny forskning har upptäckt.

Jordbävningssvärmar är när ett stort antal jordbävningar inträffar nära varandra under en kort period. Forskare hittade två sådana svärmar medan de studerade Mariana och Izu-Bonin bågsystem i Stilla havet.

Genom att plotta varje jordbävning svärm på en tredimensionell karta, forskarna fann att jordbävningarna definierade en rörliknande struktur genom vilken den smälta berget färdades, stiger från en sjunkande tektonisk platta på cirka 200 km djup till en magmakammare under en vulkan.

Upptäckten löser en saknad bit av det tektoniska pusslet:avslöjar vägen som vätskor och smält sten rör sig genom den djupa jorden till vulkaner vid ytan.

Det internationella teamet omfattade forskare från University of Wollongong (UOW), Royal Holloway University of London, Universitetet i Cambridge, Australian National University, Columbia University, Cardiff University och Durham University.

Mariana och Izu-Bonin bågsystem ligger på havsbotten, sträcker sig 2800 kilometer från Japan söderut till Guam och bortom. Det markerar där två tektoniska plattor - den filippinska havsplattan och Stillahavsplattan - möts.

När Pacific Plate subdugerar, sjunker ner i jordens mantel, det bär vatten djupt ner i jorden. Tallriken blir varmare och upplever mer tryck ju djupare den går, tills överhettat vatten försöker fly, orsakar berget att spricka och smälta och skapa en väg för det smälta berget att stiga.

Huvudförfattare Dr Lloyd White från UOW's School of Earth, Atmosfär och biovetenskap beskrev processen som en naturlig hydrofracking-effekt.

"Vid fracking som används av petroleumindustrin, de borra in i jorden upp till några kilometer djup, och fortsätt sedan att pumpa ner vätska tills trycket växer och klipporna spricker, skapa en väg för petroleum eller naturgas att flöda genom stenarna och in i ett rör tillbaka till ytan, "Dr White sa.

"I detta fall, den tektoniska plattan bär ner vattnet mycket djupt ner i jorden, ner till cirka 200 kilometer under ytan. När plattan går ner blir det varmare och trycket blir högre, driva vatten ur den subduderade plattan.

"Det är i slutändan vattnet som gör att de långsamt rörliga stenarna smälter såväl som att orsaka dessa sällsynta jordbävningar. Vattnet blir så varmt och är under så mycket tryck att det måste komma undan. När det rör sig uppåt får det stenarna att spricka och smälta, bildande magma, och att magma är det som matar till vulkan på toppen av systemet.

"Det liknar fracking, men i en mycket större skala och helt driven av jordens naturliga processer, snarare än att vara mänskligt framkallad. "

De två jordbävningssvärmarna inträffade djupt i jorden i en zon som vanligtvis inte har några jordbävningar. Den enklaste förklaringen är att de orsakades av en process som liknar fracking, antingen genom att berget bryter före den överhettade vätskan, eller genom att röret kollapsade efter att vätskan hade rört sig genom systemet.

"Geologer har alltid antagit att vattnet i detta system går uppåt, men vi har aldrig haft ett bra sätt att avbilda det. Dessa exempel - en galen händelse som vi har snubblat på - visar mycket tydligt var vattnet måste färdas, "Dr White sa.

Medförfattare Dr Dominique Tanner, även från UOW:s School of Earth, Atmosfär och biovetenskap, sade:"Vi kan faktiskt använda jordbävningarna för att räkna ut hur snabbt dessa vätskor rör sig. Vi vet exakt när och var jordbävningarna inträffar, så vi kan uppskatta hur snabbt vätskan rör sig genom den djupa jorden, som är snabbare än en kilometer i timmen - mycket snabbare än vi tidigare trott. "

Även om det behövs mycket mer forskning, upptäckten kan hjälpa forskare att övervaka vilka vulkaner som grundas med ökande mängder magma från den djupa jorden.