과학자들은 지구 역사상 가장 극단적인 화산 활동 중 하나가 거대한 해저 고원을 만드는 것 이상을 했다는 사실을 발견했다. 그 화산은 그 아래에 있는 해양 판에 완전한 화학적 변신을 안겼다. 오카야마 과학대학의 강사 시토 아즈사가 이끄는 연구팀은 도쿄과학대학의 이시카와 아키라 부교수와 히로시마대학의 요시카와 마사코 교수와 협력하여 지진파를 이용해 온통자바 고원(OJP) 아래를 들여다보았다. 《Geophysical Research Letters》에 발표된 그들의 연구 결과는 엄청난 양의 마그마가 기존 판을 뚫고 올라와 수직 관입 네트워크를 만들고 주변 암석을 화학적으로 변형시켰음을 시사한다.

OJP 아래의 해양 판은 전형적인 해양 판에서 기대되는 비교적 단순한 구조를 가지고 있지 않다. 대신 연구자들은 수평 층으로 이루어진 복합 내부에 암맥(dike)이라고 알려진 수직 마그마 통로 무리가 교차하는 증거를 발견했다. 암맥은 용융 암석이 균열을 통해 힘껏 밀고 들어가 그 안에서 식으면서 형성된다. 이러한 관입의 큰 무리인 암맥 떼(dike swarm)는 마그마가 굳은 후에도 오랫동안 격렬한 화산 활동의 기록을 보존한다. 팀은 또한 판 내에서 비정상적으로 낮은 지진파 속도를 감지했는데, 이는 지구 깊은 곳에서 올라온 마그마가 단순히 통과한 것이 아니라 판의 화학적 조성까지 바꾸었을 가능성을 시사한다.

OJP는 서태평양 아래에 있으며 지구상에서 가장 큰 해양 고원으로, 약 1억 1천만~1억 2천만 년 전 지구 역사상 최대의 화산 분출 동안 형성되었다. 과학자들은 그 분출이 충분한 열, 가스, 화산 물질을 방출하여 지구 환경을 심각하게 교란시켰고, 해양 화학, 기후, 산소 수준을 변화시켜 대량 멸종에 기여했을 수 있다고 제안해 왔다. 최근 연구는 그 사건이 맨틀 깊은 곳에서 상승하는 열화학적 플룸(thermochemical plume)에 의해 추진되었을 수 있음을 시사한다. 이는 주변 맨틀과 화학적으로 다른 비정상적으로 뜨거운 물질 기둥으로, 재활용된 고대 해양 지각을 운반할 수 있다. 그러나 지금까지 과학자들은 그 마그마가 기존 해양 판에 어떻게 영향을 미치는지 완전히 이해하지 못했다.

OJP 아래 판을 조사하기 위해 연구자들은 Po파와 So파라고 불리는 고주파 지진 신호를 연구했으며, 이는 고원 주변의 해저 지진계와 인근 섬의 장비로 기록되었다. 일반적인 조건에서 이 파동은 해양 판을 통과하며 층상 구조에서 반복적으로 산란되어 수천 킬로미터를 이동할 수 있다. 그러나 OJP 근처에서 기록된 파동은 비정상적으로 행동했다. Po파는 효율적으로 이동한 반면, So파는 극적으로 약해졌다. 이 단서는 과학자들이 지진파 파형 모델링을 사용하게 했으며, 이는 판이 암맥 떼(수직 관입)에 의해 교차되는 층상 구조(수평 층리)를 포함하고 있음을 나타냈다. 수평 층리는 일부 파동이 장거리 이동을 가능하게 하는 반면, 수직 관입은 다른 파동을 방해하고 약화시킨다.

팀은 또한 Po파와 So파 모두 고원 아래에서 현저히 느리게 이동한다는 것을 발견했다. 이는 암석이 더 뜨겁고, 덜 단단하며, 균열이 있거나 전형적인 맨틀 물질과 화학적으로 다르다는 신호다. 그들은 구조만으로는 낮은 속도를 설명할 수 없다고 결론지었고, 열화학적 플룸의 마그마가 판을 통해 상승하여 암맥 떼를 만들고 주변 맨틀 암석과 반응하여 재비옥화(refertilization)로 알려진 화학적 변형을 일으켰다고 제안했다. 이는 마그마가 부분 용융 중에 손실된 화학 성분을 맨틀 암석에 되돌려줄 때 발생한다. 맨틀은 주로 페리도타이트로 구성되어 있으며, 일부가 녹으면 일부 원소가 제거되고 나중에 마그마가 이를 되돌려 암석의 광물 함량과 물리적 특성을 변화시킬 수 있다.

이 결과는 거대한 화산 사건이 단순히 해저를 용암으로 덮는 것 이상을 할 수 있음을 시사한다. 즉, 해양 판을 파쇄하고, 광범위한 암맥 네트워크를 형성하며, 판의 화학적 조성을 변경할 수 있다는 것이다.