Sur une plage d'une île isolée de l'est de la Papouasie-Nouvelle-Guinée, un pays situé dans le sud-ouest du Pacifique au nord de l'Australie, le sable grenat révèle une importante découverte géologique. Semblables aux messages dans des bouteilles qui ont voyagé à travers les océans, les sédiments dérivés de l'érosion des roches transportent des informations d'un autre temps et d'un autre lieu. Dans ce cas, les grains de sable grenat révèlent l'histoire d'un voyage de la surface vers les profondeurs de la Terre (~ 75 miles), puis remontant à la surface avant de se retrouver sur une plage sous forme de grains de sable. Au cours de ce voyage géologique, le type de roche a changé au fur et à mesure que certains minéraux ont été modifiés, et d'autres matériaux ont été inclus (piégés) dans les grenats nouvellement formés. L'histoire est préservée dans des compositions de grenat, ainsi que dans leurs inclusions piégées :les solides (ex. des minéraux très rares tels que la coesite (une forme de quartz à haute pression), liquides (par exemple, eau) et des gaz (par ex. CO 2 ).

Suzanne Baldwin, Professeur de la famille Thonis au Département des sciences de la Terre et de l'environnement du Collège des arts et des sciences de l'Université de Syracuse, a mené de nombreuses expéditions sur le terrain en Papouasie-Nouvelle-Guinée. Les derniers résultats de son équipe sur cette région tectoniquement active viennent d'être publiés dans la prestigieuse revue Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) .

En lisant les archives rocheuses, les chercheurs ont révélé la voie de recyclage de la surface vers les profondeurs du manteau supérieur, puis de retour à la surface à la suite de processus tectoniques et sédimentaires. Les compositions de ce sable contiennent également divers composants clés qui révèlent la rapidité avec laquelle ce recyclage s'est produit. Dans ce cas, le transit à travers le cycle de la roche s'est produit en moins d'environ 10 millions d'années. Cela peut sembler long, mais pour ces processus géologiques, il est en fait remarquablement court.

Les sables grenat ne sont que la dernière pièce du puzzle pour comprendre l'évolution géologique de cette région. C'est le seul endroit sur Terre où une exhumation active de roches métamorphiques à haute et ultra haute pression se produit au cours du même cycle rocheux qui a produit ces roches métamorphiques. Le groupe international de chercheurs, dont Joseph Gonzalez '19 Ph.D. de l'Université de Syracuse (maintenant chercheur postdoctoral du Conseil européen de la recherche à l'Université de Pavie, Italie), doctorat l'étudiant Jan Schönig et le professeur Hilmar von Eynatten de l'Université de Göttingen en Allemagne, et le professeur Hugh Davies (anciennement de l'Université de Papouasie-Nouvelle-Guinée, maintenant à l'Université nationale australienne), ont révélé comment les inclusions piégées dans le sable de grenat peuvent être utilisées pour déterminer les processus de recyclage de la roche dans les zones limites des plaques actives.

Aux limites des plaques actives, comme celui que l'équipe a étudié en Papouasie-Nouvelle-Guinée orientale, les plaques tectoniques convergentes glissent l'une vers l'autre, une plaque se déplaçant sous l'autre pour former une zone de subduction. Au cours de ce processus, les roches sont enfoncées profondément dans la Terre. Heures supplémentaires, les forces sur les limites des plaques peuvent changer et les roches peuvent être exhumées à la surface par un processus connu sous le nom de déformation lithosphérique. Les inclusions piégées préservent un enregistrement de subduction crustale et d'exhumation rapide reliant le manteau supérieur et les processus de surface sur ces courtes échelles de temps géologiques. En appliquant leur approche à la fois aux sédiments modernes et aux roches sédimentaires, les chercheurs peuvent maintenant révéler le rythme des processus de recyclage des roches tout au long de l'histoire de la Terre.