Por primera vez y mediante evidencia concluyente, el ciclo del agua de la Tierra profunda ha sido vinculado directamente con la productividad magmática y la actividad sísmica.
El agua y otros volátiles (por ejemplo, CO2 y azufre) que se reciclan a través de la Tierra profunda han desempeñado un papel clave en la evolución de nuestro planeta, incluida la formación de continentes, el inicio de la vida, la concentración de recursos minerales, y la distribución de volcanes y terremotos.
Las zonas de subducción, donde las placas tectónicas convergen y una placa se hunde debajo de otra, son las partes más importantes del ciclo, con grandes volúmenes de agua entrando y saliendo, principalmente a través de erupciones volcánicas.
El autor principal de un nuevo estudio publicado en Nature, George Cooper, investigador honorario de la Facultad de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Bristol, explica: “A medida que las placas viajan desde donde se fabrican por primera vez en las crestas oceánicas hasta las zonas de subducción, el agua de mar entra en las rocas a través de grietas, fallas y al unirse a minerales. Al llegar a una zona de subducción, la placa de hundimiento se calienta y se aprieta, lo que resulta en la liberación gradual de parte o la totalidad de su agua.
“A medida que se libera el agua, disminuye el punto de fusión de las rocas circundantes y genera magma. Este magma es flotante y se mueve hacia arriba, lo que en última instancia conduce a erupciones en el arco volcánico suprayacente. Estas erupciones son potencialmente explosivas debido a los volátiles contenidos en la masa fundida. El mismo proceso puede provocar terremotos y puede afectar propiedades clave como su magnitud y si desencadenan tsunamis o no”.
Exactamente dónde y cómo se liberan los volátiles y cómo modifican la roca huésped sigue siendo un área de intensa investigación.
La mayoría de los estudios se han centrado en la subducción a lo largo del Anillo de Fuego del Pacífico. Sin embargo, esta investigación se centró en la placa atlántica, y más específicamente, en el arco volcánico de las Antillas Menores, ubicado en el borde oriental del Mar Caribe.
"Esta es una de las dos únicas zonas que actualmente subducen las placas formadas por la difusión lenta. Esperamos que esto se hidrate de manera más penetrante y heterogénea que la placa del Pacífico de rápida expansión, y que las expresiones de liberación de agua sean más pronunciadas", dijo el profesor Saskia Goes, del Imperial College de Londres, coautor del estudio.
“Recopilamos datos sobre dos cruceros científicos marinos en el RRS James Cook, despliegues temporales de estaciones sísmicas que registraron terremotos debajo de las islas, trabajo de campo geológico, análisis químicos y minerales de muestras de rocas y modelado numérico”, dijo el Dr. Cooper.
Para rastrear la influencia del agua a lo largo de la zona de subducción, los científicos estudiaron composiciones de boro e isótopos de inclusiones fundidas (pequeñas bolsas de magma atrapado dentro de los cristales volcánicos). Las huellas dactilares de boro revelaron que la serpentina mineral rica en agua, contenida en la placa de hundimiento, es un proveedor dominante de agua en la región central del arco de las Antillas Menores.
"Al estudiar estas mediciones a escala de micras es posible comprender mejor los procesos a gran escala. Nuestros datos combinados geoquímicos y geofísicos proporcionan la indicación más clara hasta la fecha de que la estructura y la cantidad de agua de la placa de hundimiento están directamente conectadas a la evolución volcánica de el arco y sus peligros asociados", dijo el profesor Colin Macpherson, de la Universidad de Durham
“Las partes más húmedas de la placa descendente son donde hay grietas importantes (o zonas de fractura). Al hacer un modelo numérico de la historia de la subducción de la zona de fractura debajo de las islas, encontramos un enlace directo a las ubicaciones de las tasas más altas de pequeñas terremotos y bajas velocidades de onda de corte (que indican fluidos) en el subsuelo”, dijo el profesor Saskia Goes.
La historia de la subducción de zonas de fracturas ricas en agua también puede explicar por qué las islas centrales del arco son las más grandes y por qué, a lo largo de la historia geológica, han producido la mayor cantidad de magma.
“Nuestro estudio proporciona evidencia concluyente que vincula directamente las partes del ciclo de entrada y salida de agua y sus expresiones en términos de productividad magmática y actividad sísmica. Esto puede alentar estudios en otras zonas de subducción para encontrar tales estructuras de fallas portadoras de agua en la placa de subducción para ayudar a comprender los patrones en los riesgos de terremotos y volcánicos”, dijo Cooper.
