地震和火山活动是板块构造的结果。构造板块本身的运动在很大程度上是由称为俯冲的过程驱动的。然而，新的活跃俯冲带如何形成的问题仍在争论中。这方面的一个例子是加勒比海的火山小安的列斯群岛。包括美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 的地球物理学家 Nicolas Riel 博士和 Boris Kaus 教授以及里斯本大学 (ULisboa) 的研究人员在内的一个研究小组最近开发了一个模型，该模型模拟了白垩纪加勒比地区发生的情况，当俯冲东太平洋的事件导致大西洋新的俯冲带的形成。计算机模拟显示了旧加勒比高原与大安的列斯群岛弧的碰撞如何促成了这个新的大西洋俯冲带的形成。大约 8600 万年前，触发的过程随后导致了主要的地幔流动，从而导致了加勒比大火成岩省的发展。
俯冲作为板块构造的驱动力
俯冲是一个地质过程，在这个过程中，寒冷的海洋岩石圈(地球最外层岩石的一部分，厚约 100 公里)进入大陆板块的边缘，并在其下方滑动，然后再循环回到地球的地幔中。与地幔柱形式的热地幔物质释放和大洋中脊处新洋底的生成一起，俯冲事件构成了板块构造的支柱。然而，活跃的俯冲带是如何形成的在很大程度上是未知的，主要是因为目前地球上很少有正在进行的俯冲启动的例子。考虑到这一点，JGU 地球科学研究所的 Nicolas Riel 博士和 Boris Kaus 教授决定调查白垩纪晚期加勒比地区的地球动力学条件。“就板块构造而言，加勒比地区是一个特别有趣的地方，”美因茨大学地球动力学与地球物理学组组长鲍里斯考斯教授说。加勒比地区可以被视为一种天然实验室，数百万年来，板块构造导致俯冲带从太平洋转移到大西洋。
在他们的计算机模拟中，研究人员选择了 1.4 亿年前的一个时间点，当时所谓的 Farallon 板块是东太平洋的一个古老的主要板块，开始向东移动并俯冲到南美边缘以下，从而使旧加勒比海地区发生偏移Farallon 海沟方向的高原。大约 1.35 亿年前，旧加勒比高原与原始加勒比板块发生碰撞。正如模拟显示的那样，法拉隆板块的俯冲随后暂时中断，而原始加勒比板块的俯冲开始了。随后的几个阶段持续了大约 5000 万年，包括旧高原西端法拉隆板块的重新俯冲，地幔柱的形成，
两个板块同时俯冲迫使部分地幔向上
“在我们的计算机模拟的帮助下，我们可以更好地理解物理过程，”最近发表在《自然通讯》上的相应文章的主要作者 Nicolas Riel 博士补充道。“我们都对结果感到惊讶，结果显示 90 到 8600 万年前，法拉隆板块俯冲的更新导致了一次主要的地幔流动，引发了地幔柱的形成。这产生了大量的岩浆。” 这种熔化的岩石物质增加了加勒比板块地壳的厚度，使其深度达到 22 公里，比海洋地壳的标准厚 8 至 10 公里。以前假设地幔柱引起了 Farallon 板块俯冲的更新。
“我们处于能够进行非常逼真的模拟的独特情况，”Boris Kaus 说。他的团队是全球为数不多的可以使用超级计算机建模来测试其物理假设的合理性，从而分析加勒比地区实际发生了哪些板块构造事件的团队之一。为了进行复杂的计算，研究人员可以使用由美因茨约翰内斯古腾堡大学和美因茨亥姆霍兹研究所 (HIM) 运营的 MOGON II 超级计算机，这是世界上最快的高性能计算机之一。
在 TeMaS 的支持下进行的研究
地球物理研究是在陆地岩浆系统 (TeMaS) 研究平台的支持下进行的，该平台是美因茨大学、法兰克福大学和海德堡大学的联合项目。TeMaS 在最广泛的意义上协调对岩浆过程的跨学科研究，从地幔中岩浆的产生到火山喷发，以及它如何影响大气和气候。TeMaS 是 JGU 的一个高潜力研究领域，由莱茵兰-普法尔茨科学与卫生部资助。
Boris Kaus 是 JGU 地球科学研究所地球动力学和地球物理学组组长。2018 年，他获得了 ERC Consolidator Grant，这是欧盟资助最丰厚的资助奖项之一，以支持他对岩浆过程的研究。作为 ERC 项目 MAGMA(“上升的熔化和地球动力学模型”的缩写)的一部分，Kaus 和他的团队开发了数值模型，使他们能够模拟岩浆事件。这位地球物理学家还是 JGU 古腾堡研究学院 (GRC) 的研究员。