På en strand på en avlägsen ö i östra Papua Nya Guinea, ett land som ligger i sydvästra Stilla havet i norra Australien, granatsand avslöjar en viktig geologisk upptäckt. Liknar meddelanden i flaskor som har rest över oceanerna, sediment som härrör från erosionen av stenar bär information från en annan tid och plats. I det här fallet avslöjar granatkornen en historia om att resa från ytan till djupt in i jorden (~ 75 miles), och sedan återvända till ytan innan han hamnade på en strand som sandkorn. Under denna geologiska resa, bergarten ändrades när vissa mineraler ändrades, och annat material inkluderades (fångade) i de nybildade granaterna. Berättelsen finns bevarad i granatkompositioner, såväl som i deras infångade inneslutningar:fasta ämnen (t.ex. mycket sällsynta mineraler som coesit - en högtrycksform av kvarts), vätskor (t.ex. vatten) och gaser (t.ex. CO ₂ ).

Suzanne Baldwin, Thonis familjeprofessor vid Institutionen för jord- och miljövetenskap vid Syracuse University College of Arts and Sciences, har lett många fältexpeditioner till Papua Nya Guinea. Hennes teams senaste resultat på denna tektoniskt aktiva region har just publicerats i den prestigefyllda tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Genom att läsa bergrekordet avslöjade forskarna återvinningsvägen från ytan till djupt i den övre manteln och sedan tillbaka till ytan som ett resultat av tektoniska och sedimentära processer. Sammansättningarna i den sanden innehåller också olika viktiga komponenter som avslöjar hur snabbt denna återvinning skedde. I detta fall, transit genom bergcykeln hände på mindre än ~ 10 miljoner år. Det kan tyckas vara länge, men för dessa geologiska processer, den är faktiskt anmärkningsvärt kort.

Granatsanden är bara den senaste pusselbiten för att förstå den geologiska utvecklingen i denna region. Det är den enda platsen på jorden där aktiv exhumation av hög- och ultrahögtrycksmetamorfa bergarter sker under samma bergcykel som producerade dessa metamorfa bergarter. Den internationella forskargruppen, inklusive Joseph Gonzalez '19 Ph.D. från Syracuse University (nu ett europeiskt forskningsråd postdoktoral forskare vid University of Pavia, Italien), Ph.D. student Jan Schönig och professor Hilmar von Eynatten från universitetet i Göttingen i Tyskland, och professor Hugh Davies (tidigare från University of Papua New Guinea, nu vid Australian National University), avslöjade hur de instängda inneslutningarna i granatsand kan användas för att bestämma bergåtervinningsprocesser inom aktiva plattgränszoner.

Vid aktiva plattgränser, som den som teamet studerade i östra Papua Nya Guinea, konvergerande tektoniska plattor glider mot varandra med en platta som rör sig under den andra för att bilda en subduktionszon. Under denna process, stenar subdugeras djupt in i jorden. Över tid, krafter på plattgränserna kan förändras och stenar kan grävas upp till ytan genom en process som kallas litosfärisk deformation. De fångade inneslutningarna bevarar ett register över skorpsubduktion och snabb exhumation som förbinder övre mantel och ytprocesser på dessa korta geologiska tidsskalor. Genom att tillämpa deras tillvägagångssätt på både moderna sediment och sedimentära bergarter, forskare kan nu avslöja tempot för bergåtervinningsprocesser genom jordens historia.