En långvarig gåta inom geologi är hur en tektonisk platta kan bryta jordens stenhårda skal och börja dyka under en annan i den process som kallas subduktion.

Nu beskriver en ny studie hur ett litet avbrott i en tektonisk platta pressades och drogs över miljontals år tills den lossade och satte igång en skenande geologisk process. Studien, av en framväxande subduktionszon utanför Nya Zeeland, publicerades just i tidskriften Nature Geoscience .

"Vi vet nu hur subduktion bildades och hur snabbt den växer", säger huvudförfattaren Brandon Shuck. "Det är viktigt att veta eftersom subduktion är den främsta drivkraften för plattektoniken. Den bygger berg, bildar nya hav och driver kemisk cykling från den djupa jorden hela vägen till atmosfären." Shuck gjorde arbetet för sin doktorsavhandling vid University of Texas Jackson School of Geosciences; han är nu postdoktor vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory.

Jorden tros vara den enda planeten i solsystemet som genomgår subduktion, vilket är nyckeln till kretsloppet av kol som gör livet möjligt här. "Vi tror att subduktion inte alltid hände på jorden, så att förstå hur [det] initieras idag är ett avgörande steg för att förstå hur vår värld så småningom blev en beboelig planet", säger studiens medförfattare Harm Van Avendonk, en senior forskare vid University of Texas.

Forskningen började 2018 ombord på Lamont-Dohertys forskningsfartyg Marcus G. Langseth utanför Nya Zeeland, där Shuck och hans skeppskamrater fick utstå veckor av dåligt väder för att samla in detaljerade seismiska bilder av havsbotten.

På land matchade Shuck bilderna med stenprover från andra havsexpeditioner. Detta gav en geologisk tidslinje för att rekonstruera en utdragbar platta. Enligt hans rekonstruktion uppstod ett litet avbrott i den australiensiska plattan för cirka 16 miljoner år sedan, som långsamt växte när den kolliderade med andra tektoniska plattor. När avbrottet hade öppnats tillräckligt långt, bröt den tyngre delen av plattan genom jordens steniga skal (känd som litosfären), och satte den på en nedåtgående transportör som har fortsatt under de senaste 8 miljoner åren. Idag är den nya subduktionsmarginalen cirka 300 mil lång.

"Det är ganska litet i skalan av global tektonik," sa Shuck. "Men det kommer att fortsätta växa hela vägen ner till Antarktis." förutsade han. "När den blir så stor, mer än 1 000 miles lång, kan den förändra rörelsen hos närliggande tektoniska plattor."

För närvarande är det enda tecknet på ytan en handfull vulkaner nära Nya Zeelands sydön. De flesta uppstod under de senaste hundratusen åren. De kommer sannolikt att växa till en längre vulkankedja när splittringen sprider sig söderut i framtiden, sa Shuck.

Shucks studie förenar två motsatta idéer om hur subduktion börjar:med den gradvisa fram och tillbaka av plattor som stöter mot varandra, eller genom att plattor spontant och snabbt kollapsar under sin egen vikt. Den nya forskningen tyder på att de två idéerna ibland kan vara en del av ekvationen.

"Arbetet visar att det istället kan finnas flera scenarier som driver subduktionsinitiering", säger Fabio Crameri, en schweizisk geofysiker som skrev en Nature Geoscience kommentar som åtföljer studien. "Även om samma scenario inte är sant för varje subduktionszon, utmanar deras modell våra nuvarande system för att klassificera subduktionszoninitiering och belyser behovet av 4D-modellering."