Diep onder de oceaanbodem, een zinkende tektonische plaat veroorzaakt een "zwerm" aardbevingen, het voeden van gesmolten gesteente in nieuw gevormde vulkanen, nieuw onderzoek heeft ontdekt.

Aardbevingszwermen zijn wanneer een groot aantal aardbevingen in een korte periode dicht bij elkaar plaatsvinden. Onderzoekers vonden twee van dergelijke zwermen tijdens het bestuderen van het Mariana- en Izu-Bonin-boogsysteem in de Stille Oceaan.

Door elke aardbevingszwerm uit te zetten op een driedimensionale kaart, de onderzoekers ontdekten dat de aardbevingen een pijpachtige structuur definieerden waardoor het gesmolten gesteente reisde, stijgt van een zinkende tektonische plaat op een diepte van ongeveer 200 km naar een magmakamer onder een vulkaan.

De ontdekking lost een ontbrekend stukje van de tektonische puzzel op:het onthullen van het pad dat vloeistoffen en gesmolten gesteente door de diepe aarde verplaatsen naar vulkanen aan de oppervlakte.

Het internationale team bestond uit wetenschappers van de University of Wollongong (UOW), Royal Holloway Universiteit van Londen, Universiteit van Cambridge, Australische Nationale Universiteit, Universiteit van Colombia, Cardiff University en Durham University.

Het Mariana en Izu-Bonin boogsysteem ligt op de oceaanbodem, strekt zich uit over 2800 kilometer van het zuiden van Japan tot Guam en verder. Het markeert waar twee tektonische platen - de Filippijnse zeeplaat en de Pacifische plaat - elkaar ontmoeten.

Terwijl de Pacifische plaat subducteert, wegzakken in de aardmantel, het voert water diep de aarde in. De plaat wordt heter en ervaart meer druk naarmate hij dieper gaat, totdat oververhit water probeert te ontsnappen, waardoor het gesteente breekt en smelt en een pad wordt gecreëerd waardoor het gesmolten gesteente kan opstijgen.

Hoofdauteur Dr. Lloyd White van UOW's School of Earth, Atmospheric and Life Sciences beschreven het proces als een natuurlijk hydrofracking-effect.

"Bij het fracken dat wordt gebruikt door de aardolie-industrie, ze boren tot enkele kilometers diep in de aarde, en blijf dan vloeistof naar beneden pompen totdat de druk toeneemt en de rotsen barsten, het creëren van een pad voor de aardolie of aardgas om door de rotsen en in een pijp terug naar de oppervlakte te stromen, ' zei Dr. White.

"In dit geval, de tektonische plaat voert het water heel diep de aarde in, tot ongeveer 200 kilometer onder het oppervlak. Naarmate de plaat naar beneden gaat, wordt het heter en wordt de druk hoger, water uit de ondergedompelde plaat drijven.

"Het is uiteindelijk het water dat ervoor zorgt dat die langzaam bewegende rotsen smelten en dat het deze zeldzame aardbevingen veroorzaakt. Het water wordt zo heet en staat onder zoveel druk dat het weg moet. Als het naar boven beweegt, zorgt het ervoor dat de rotsen breken en smelten, magma vormen, en dat magma voedt de vulkaan bovenaan het systeem.

"Het is vergelijkbaar met fracken, maar op een veel grotere schaal en volledig gedreven door de natuurlijke processen van de aarde, in plaats van door mensen veroorzaakt te zijn."

De twee aardbevingszwermen kwamen diep in de aarde voor in een zone waar normaal gesproken geen aardbevingen zijn. De eenvoudigste verklaring is dat ze werden veroorzaakt door een proces dat lijkt op fracken, ofwel door het breken van de rots voor de oververhitte vloeistof, of doordat de leiding bezwijkt nadat de vloeistof door het systeem was gegaan.

"Geologen hebben altijd aangenomen dat het water in dit systeem omhoog gaat, maar we hebben nooit een goede manier gehad om ons dat voor te stellen. Deze voorbeelden - een buitenissig voorval dat we zijn tegengekomen - laten heel duidelijk zien waar het water naartoe moet gaan, ' zei Dr. White.

Co-auteur Dr. Dominique Tanner, ook van UOW's School of Earth, Atmosferische en Life Sciences, zei:"We kunnen de aardbevingen gebruiken om erachter te komen hoe snel deze vloeistoffen reizen. We weten precies wanneer en waar de aardbevingen plaatsvinden, zodat we kunnen inschatten hoe snel de vloeistof door de diepe aarde beweegt, dat is sneller dan een kilometer per uur - veel sneller dan we eerder dachten."

Hoewel er veel meer onderzoek nodig is, de ontdekking kan wetenschappers helpen bij het volgen van welke vulkanen worden gevuld met toenemende hoeveelheden magma uit de diepe aarde.