Sous l'océan, des plaques tectoniques massives se heurtent et se frottent les unes contre les autres, qui passe l'un en dessous de l'autre. Cette collision puissante, appelé subduction, est responsable de la formation d'arcs volcaniques qui abritent certains des événements géologiques les plus dramatiques de la Terre, comme les éruptions volcaniques explosives et les méga tremblements de terre.

Une nouvelle étude publiée dans la revue Avancées scientifiques change notre compréhension de la formation des laves des arcs volcaniques, et peut avoir des implications pour l'étude des tremblements de terre et des risques d'éruption volcanique.

Des chercheurs dirigés par la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ont découvert un processus jusqu'alors inconnu impliquant la fusion de roches métamorphiques intensément mélangées, appelées roches de mélange, qui se forment sous l'effet d'une contrainte élevée lors de la subduction à la limite plaque-manteau.

Jusqu'à maintenant, on a longtemps pensé que la formation de lave avait commencé avec une combinaison de fluides provenant d'une plaque tectonique subductée, ou dalle, et des sédiments fondus qui s'infiltreraient ensuite dans le manteau. Une fois dans le manteau, ils se mélangeraient et déclencheraient plus de fonte, et finalement éclater à la surface.

"Notre étude montre clairement que le modèle de fonte fluide/sédiment qui prévaut ne peut pas être correct, " dit Sune Nielsen, géologue WHOI et auteur principal de l'article. "C'est important car presque toutes les interprétations des données géochimiques et géophysiques sur les zones de subduction au cours des deux dernières décennies sont basées sur ce modèle."

Au lieu, ce que Nielsen et son collègue ont découvert, c'est que le mélange est en fait déjà présent au sommet de la dalle avant le mélange avec le manteau.

"Cette étude montre - pour la première fois - que la fusion du mélange est le principal facteur d'interaction entre la dalle et le manteau, " dit Nielsen.

Il s'agit d'une distinction importante car les scientifiques utilisent des mesures d'isotopes et d'oligo-éléments pour déterminer les compositions des laves d'arc et mieux comprendre cette région critique des zones de subduction. Quand et où le mélange, fusion, et la redistribution des oligo-éléments se produit génère des rapports de signature isotopique très différents.

L'étude s'appuie sur un article précédent du collègue et co-auteur de Nielsen, Horst Marschall de l'université Goethe de Francfort, Allemagne. Sur la base d'observations sur le terrain des affleurements de mélange, Marschall a noté que des gouttes de matériau de mélange de faible densité, appelé diapirs, pourrait s'élever lentement de la surface de la dalle de subduction et transporter les matériaux bien mélangés dans le manteau sous les volcans d'arc.

"Le modèle mélange-diapir a été inspiré par des modèles informatiques et par des travaux de terrain détaillés dans diverses parties du monde où les roches provenant de l'interface plaque-manteau profonde ont été amenées à la surface par des forces tectoniques, " dit Marschall. " Nous discutons du modèle depuis au moins cinq ans maintenant, mais de nombreux scientifiques pensaient que les roches de mélange n'avaient joué aucun rôle dans la génération de magmas. Ils ont qualifié le modèle de "géo-fantastique".

Dans leur nouveau travail, Nielsen et Marschall ont comparé les rapports de mélange des deux modèles avec les données chimiques et isotopiques d'études publiées sur huit arcs volcaniques représentatifs à l'échelle mondiale :Mariannes, Tonga, Petites Antilles, Aléoutiennes, Ryûkyû, Écosse, Kurile, et Sonde.

"Notre analyse à grande échelle montre que le modèle de mélange de mélange s'adapte presque parfaitement aux données de la littérature dans tous les arcs du monde, tandis que les lignes de mélange de sédiments/fluides dominantes sont loin des données réelles, " dit Nielsen.

Comprendre les processus qui se produisent dans les zones de subduction est important pour de nombreuses raisons. Souvent désigné comme le moteur de la planète, les zones de subduction sont les principales zones où l'eau et le dioxyde de carbone contenus dans les anciens fonds marins sont recyclés dans les profondeurs de la Terre, jouant un rôle essentiel dans le contrôle du climat à long terme et l'évolution du bilan thermique de la planète.

Ces processus complexes se produisent à des échelles de dizaines à des milliers de kilomètres sur des mois à des centaines de millions d'années, mais peut générer des tremblements de terre catastrophiques et des tsunamis mortels qui peuvent se produire en quelques secondes.

"Une grande partie des risques volcaniques et sismiques de la Terre sont associés à des zones de subduction, et certaines de ces zones sont situées près d'où vivent des centaines de millions de personnes, comme en Indonésie, " Nielsen dit. "Comprendre les raisons pour lesquelles et où les tremblements de terre se produisent, dépend de savoir ou de comprendre quel type de matériau est réellement présent là-bas et quels processus ont lieu. »

L'équipe de recherche affirme que les résultats de l'étude appellent à une réévaluation des données précédemment publiées et à une révision des concepts relatifs aux processus de zone de subduction. Parce que les roches de mélange ont été largement ignorées, on ne sait presque rien de leurs propriétés physiques ou de la plage de températures et de pressions auxquelles ils fondent. Les futures études visant à quantifier ces paramètres devraient fournir une meilleure compréhension du rôle du mélange dans les zones de subduction et du contrôle qu'il exerce sur la génération de tremblements de terre et le volcanisme de la zone de subduction.