Arco Izu–Bonin–Mariana

El sistema de arco Izu-Bonin-Mariana (IBM) es un límite de convergencia de placas tectónicas en Micronesia . El sistema de arco IBM se extiende más de 2800 km al sur de Tokio, Japón, hasta más allá de Guam , e incluye las islas Izu , las islas Bonin y las islas Marianas ; gran parte del sistema de arco IBM se encuentra sumergido bajo el nivel del mar. El sistema de arco IBM se ubica a lo largo del margen oriental de la placa del Mar de Filipinas en el Océano Pacífico Occidental. Es el sitio de la grieta más profunda en la superficie sólida de la Tierra, la Fosa Challenger en la Fosa de las Marianas . 

El sistema de arcos IBM se formó como resultado de la subducción de la placa del Pacífico occidental . Actualmente, el sistema de arcos IBM subduce litosfera del Jurásico medio al Cretácico temprano, con litosfera más joven en el norte y litosfera más antigua en el sur, incluyendo la corteza oceánica más antigua (de aproximadamente 170 millones de años) . Las tasas de subducción varían desde aproximadamente 2 cm (1 pulgada) por año en el sur hasta 6 cm (aproximadamente 2,5 pulgadas) en el norte.  

Se cree que las islas volcánicas que componen estos arcos insulares se formaron por la liberación de volátiles (vapor de agua atrapada y otros gases) de la placa subducida, al alcanzar la profundidad suficiente para que la temperatura provocara la liberación de estos materiales. Las fosas oceánicas asociadas se forman a medida que la parte más antigua (la más occidental) de la corteza de la placa del Pacífico aumenta su densidad con el tiempo, y debido a este proceso, finalmente alcanza su punto más bajo justo cuando se subduce bajo la corteza al oeste.

El sistema de arcos IBM es un excelente ejemplo de margen convergente intraoceánico (MCIO). Los MCIO se forman sobre corteza oceánica y contrastan fundamentalmente con los arcos insulares formados sobre corteza continental, como Japón o los Andes . Debido a que la corteza de los MCIO es más delgada, densa y refractaria que la que se encuentra debajo de los márgenes de tipo andino, el estudio de los fundidos y fluidos de los MCIO permite una evaluación más precisa de los flujos y procesos del manto a la corteza que la que es posible para los márgenes convergentes de tipo andino. Dado que los MCIO están lejos de los continentes, no se ven afectados por el gran volumen de sedimentos aluviales y glaciares. La consiguiente capa sedimentaria delgada facilita mucho el estudio de la infraestructura del arco y la determinación de la masa y composición de los sedimentos subducidos. Los sistemas hidrotermales activos que se encuentran en las partes submarinas de los MCIO nos brindan la oportunidad de estudiar cómo se formaron muchos de los yacimientos minerales importantes de la Tierra.

La corteza y la litosfera producidas por el sistema de arco IBM durante su historia de ~50 Ma se encuentran hoy tan al oeste como la Dorsal Kyushu-Palau (justo al este de la Cuenca del Mar de Filipinas Occidental ), hasta 1000  km de la fosa IBM actual. El sistema de arco IBM es la expresión superficial de la operación de una zona de subducción y esto define su extensión vertical. El límite norte del sistema de arco IBM sigue la Fosa Nankai hacia el noreste y hacia el sur de Honshū, uniéndose con un complejo sistema de cabalgamientos que continúan mar adentro hacia el este hasta la Fosa de Japón . La intersección de las fosas IBM, Japón y Sagami en la triple unión de Boso , una de las dos únicas triples uniones fosa-fosa-fosa en la Tierra. El sistema de arco IBM está limitado al este por una fosa muy profunda, que varía desde casi 11  km de profundidad en la Fosa Challenger hasta menos de 3  km donde la Meseta de Ogasawara entra en la fosa. El límite sur se encuentra donde la fosa IBM se une a la dorsal Kyushu-Palau cerca de Belau . Así definido, el sistema de arcos IBM se extiende a lo largo de 25° de latitud, desde 11°N hasta 35°20'N.

El sistema de arco IBM forma parte de la placa del Mar de Filipinas , al menos en primera aproximación. Aunque el arco IBM se deforma internamente —y de hecho, en el sur una pequeña placa conocida como la placa de las Marianas está separada de la placa del Mar de Filipinas por una dorsal oceánica en la Fosa de las Marianas— , sigue siendo útil analizar las velocidades y direcciones aproximadas de la placa del Mar de Filipinas con sus vecinas litosféricas, ya que estas definen, en primera aproximación, con qué rapidez y a lo largo de qué líneas de corriente el material se alimenta a la fábrica de subducción. La placa del Mar de Filipinas (PH) tiene cuatro placas vecinas: la del Pacífico (PA), la Euroasiática (EU), la Norteamericana (NA) y la Carolina (CR). Existe un movimiento relativo menor entre PH y CR; además, CR no alimenta la Fábrica de Subducción IBM, por lo que no se analiza más a fondo. La placa Norteamericana incluye el norte de Japón, pero el movimiento relativo entre esta y Eurasia es lo suficientemente pequeño como para que el movimiento relativo entre PH y EU explique el movimiento de interés. El polo de Euler para PH-PA, según se infiere del modelo NUVEL-1A para los movimientos de placas actuales ( DeMets et al. 1994 ) , se encuentra aproximadamente a 8°N  137,3°E, cerca del extremo sur de la placa del Mar de Filipinas. PA rota alrededor de este polo en sentido antihorario a ~1°/Ma con respecto a PH. Esto significa que, en relación con el extremo sur de IBM, PA se mueve hacia el noroeste y se subduce a unos 20-30  mm/año, mientras que, en relación con el extremo norte de IBM, PA se mueve hacia el oeste-noroeste y al doble de velocidad. En el extremo sur de IBM, prácticamente no hay convergencia entre la placa de Carolina y la placa del Mar de Filipinas.

El arco IBM no experimenta un retroceso de la fosa, es decir, la migración de la fosa oceánica hacia el océano. La fosa se mueve hacia Eurasia, aunque se mantiene un régimen fuertemente extensional en el sistema del arco IBM debido a la rápida convergencia PH-EU. La orientación casi vertical de la placa subducida bajo el sur de IBM ejerce una fuerte fuerza de "anclaje marino" que resiste fuertemente su movimiento lateral. Se cree que la expansión de la cuenca de trasarco se debe a los efectos combinados de la fuerza de anclaje marino y la rápida convergencia PH-EU ( Scholz y Campos 1995 ) . Debido a estas diferentes tasas de expansión causadas por la fuerza de arrastre de la placa subducida, esto permite la expansión del fondo marino y el ascenso de magma para formar nueva corteza oceánica cerca de los bordes de estas zonas de subducción.

La oblicuidad de la convergencia entre PA y el sistema de arco IBM cambia notablemente a lo largo de este último. La convergencia de placas inferida a partir de los vectores de deslizamiento sísmico es casi de rumbo en las Marianas más septentrionales, adyacentes y al sur del término norte de la Fosa de las Marianas, donde el arco se ha arqueado debido a la apertura de una cuenca de trasarco, lo que resulta en una fosa que se orienta aproximadamente paralela a los vectores de convergencia. La convergencia es fuertemente oblicua en la mayor parte del sistema de arco de las Marianas, pero es casi ortogonal en las Marianas más meridionales y en la mayor parte de los segmentos Izu-Bonin. McCaffrey (1996) observó que la tasa de deslizamiento paralela al arco en el antearco alcanza un máximo de 30  mm/año en las Marianas septentrionales. Según McCaffrey, esta velocidad es suficiente para haber producido efectos geológicamente significativos, como la exposición de rocas metamórficas de alto grado, y proporciona una explicación de por qué el antearco en el sur de IBM es tectónicamente más activo que el del norte de IBM.

La evolución del sistema de arco IBM es una de las mejor conocidas de cualquier margen convergente. Debido a que IBM siempre ha sido un sistema de arco bajo una fuerte extensión, sus componentes abarcan una amplia área, desde la dorsal Palau-Kyushu hasta la fosa IBM (véase la primera figura de la derecha). En general, los componentes más antiguos se encuentran más al oeste, pero se conserva un registro completo de la evolución en el antearco. La zona de subducción IBM comenzó como parte de un hundimiento a escala hemisférica de litosfera antigua y densa en el Pacífico occidental ( Stern y Bloomer 1992 ) . El inicio de la subducción propiamente dicha localizó el arco magmático cerca de su posición actual, a unos 200  km de la fosa, y permitió que el manto bajo el antearco se estabilizara y enfriara. El arco se estabilizó hasta hace unos 30  Ma, cuando comenzó a fracturarse para formar la cuenca Parece Vela . La expansión también comenzó en la parte más septentrional del arco IBM hace unos 25  Ma y se propagó hacia el sur para formar la cuenca Shikoku. Los sistemas de expansión de las cuencas de Parece Vela y Shikoku se encontraron hace aproximadamente 20  Ma y la cuenca combinada de Parece Vela-Shikoku continuó expandiéndose hasta hace unos 15  Ma, produciendo finalmente la cuenca de trasarco más grande de la Tierra . El arco se vio interrumpido durante la formación de rift, pero comenzó a reconstruirse como un sistema magmático distinto una vez que comenzó la expansión del fondo oceánico. El vulcanismo del arco, especialmente el vulcanismo explosivo, disminuyó durante gran parte de este episodio, con un resurgimiento que comenzó hace unos 20  Ma en el sur y hace unos 17  Ma en el norte. La tefra de IBM norte y sur muestra que las fuertes diferencias composicionales observadas para el arco moderno han existido durante la mayor parte de la historia del arco, siendo IBM norte más empobrecido e IBM sur relativamente enriquecido. Hace unos 15  Ma, el IBM más septentrional comenzó a colisionar con Honshū, probablemente como resultado de una nueva subducción a lo largo de la fosa de Nankai. Un nuevo episodio de rifting que dio origen a la cuenca de trasarco de la Fosa de las Marianas comenzó hace aproximadamente 10 millones de años, con la expansión del fondo oceánico iniciada hace unos 3-4 millones  de años. Dado que la disrupción del arco es la primera etapa en la formación de cualquier cuenca de trasarco, los volcanes actuales del arco de las Marianas no pueden tener más de 3-4 millones de años, pero los volcanes de Izu-Bonin podrían tener hasta ~25  millones de años. Los rifts interarco de Izu comenzaron a formarse hace unos 2 millones de años.

Los tres segmentos de IBM (figura de la derecha) no corresponden a variaciones en la placa entrante. Los límites están definidos por la Línea Tectónica de Sofugan (~29°30'N), que separa los segmentos de Izu y Bonin, y por el extremo norte de la cuenca de trasarco de la Fosa de las Marianas (~23°N), que define el límite entre los segmentos de Bonin y Marianas. El antearco, el arco activo y el trasarco se expresan de manera diferente a cada lado de estos límites (véase la figura inferior). El antearco es la parte del sistema de arco entre la fosa y el frente magmático del arco e incluye sectores elevados del antearco situados cerca del frente magmático, a veces llamados "arco frontal". El antearco de IBM desde Guam hasta Japón tiene unos 200  km de ancho. Las zonas elevadas del antearco, compuestas por un basamento ígneo del Eoceno coronado por terrazas arrecifales del Eoceno y posteriores, forman la cadena de islas que se extiende desde Guam hacia el norte hasta Ferdinand de Medinilla en las Marianas. De manera similar, las islas Bonin u Ogasawara están compuestas principalmente por rocas ígneas del Eoceno. No existe ningún prisma de acreción asociado al antearco o fosa del IBM.

El eje magmático del arco está bien definido desde Honshū hasta Guam. Este "arco magmático" suele ser submarino, con volcanes construidos sobre una plataforma submarina que se encuentra entre 1 y 4  km de profundidad. Las islas volcánicas son comunes en el segmento de Izu, incluyendo O-shima , Hachijojima y Miyakejima . El segmento de Izu más al sur también contiene varias calderas félsicas submarinas. El segmento del arco de Izu también está salpicado de rifts interarco. El segmento de Bonin, al sur de la Línea Tectónica de Sofugan, contiene principalmente volcanes submarinos y también algunos que se elevan ligeramente sobre el nivel del mar, como Nishino-shima . El segmento de Bonin se caracteriza por una cuenca profunda, la Fosa de Ogasawara, entre el arco magmático y el levantamiento del antearco de las Islas Bonin. Las elevaciones más altas en el arco IBM (sin incluir la península de Izu , donde IBM llega a tierra en Japón) se encuentran en la parte sur del segmento Bonin, donde las islas volcánicas extintas de Minami Iwo Jima y Kita Iwo Jima se elevan a casi 1000  m sobre el nivel del mar. La elevación batimétrica asociada con el arco magmático de los segmentos Izu y Bonin se conoce a menudo como la cresta Shichito en las publicaciones japonesas, y las Bonin se conocen a menudo como las islas Ogasawara. Los volcanes que erupcionan lavas de composición inusual —la provincia shoshonítica— se encuentran en la transición entre los segmentos del arco Bonin y Mariana, incluyendo Iwo Jima . El arco magmático en las Marianas es submarino al norte de Uracas , al sur del cual el arco Mariana incluye las islas volcánicas (de norte a sur): Asunción , Maug , Agrigan , Pagan , Alamagan , Guguan , Sarigan y Anatahan . Los volcanes de las Marianas vuelven a sumergirse al sur de Anatahan.

Las regiones de trasarco de los tres segmentos son bastante diferentes. El segmento de Izu se caracteriza por varias cadenas volcánicas transversales que se extienden hacia el suroeste, alejándose del frente magmático. El segmento del arco de Bonin, con escasa actividad magmática, carece de cuenca de trasarco, rift interarco o cadenas transversales de trasarco. El segmento de Mariana se caracteriza por una cuenca de trasarco en expansión activa conocida como la Fosa de Mariana. La Fosa de Mariana muestra marcadas variaciones a lo largo de su rumbo, con expansión del fondo marino al sur de los 19°15' y formación de rift más al norte.

El sistema de arco IBM, al suroeste de Guam, es notablemente diferente de la región al norte. La región de antearco es muy estrecha y la intersección del eje de expansión de la cuenca de trasarco con los sistemas magmáticos del arco es compleja.

La fosa oceánica y el abultamiento externo asociado marcan el inicio del descenso de la placa del Pacífico hacia la zona de subducción IBM . La fosa IBM es donde la litosfera de la placa del Pacífico comienza a hundirse. La fosa IBM carece de un relleno sedimentario significativo; los aproximadamente 400  m de espesor de sedimentos se subducen completamente con la placa descendente. El abultamiento externo de la fosa IBM se eleva hasta unos 300  m sobre el fondo marino circundante justo antes de la fosa. La litosfera que está a punto de descender a una fosa comienza a curvarse justo fuera de ella; el fondo marino se eleva formando un amplio abultamiento de unos cientos de metros de altura, conocido como "bultamiento externo de la fosa" o "elevación externa de la fosa". La placa que está a punto de subducirse presenta numerosas fallas, lo que permite que el agua de mar penetre en su interior, donde la hidratación de la peridotita del manto puede generar serpentinita . La serpentinita así generada puede transportar agua a gran profundidad en el manto como resultado de la subducción.

La placa del Pacífico subduce en la fosa IBM, por lo que comprender lo que se subduce bajo IBM requiere comprender la historia del Pacífico occidental. El sistema de arco IBM subduce litosfera del Jurásico medio al Cretácico temprano , con litosfera más joven en el norte y litosfera más antigua en el sur. No es posible conocer directamente la composición de los materiales subducidos que actualmente se procesan en la Fábrica de Subducción IBM; lo que ahora se encuentra a 130 km de profundidad en la zona de subducción entró en la fosa hace entre 4 y 10 millones de años. Sin embargo, la composición del fondo marino del Pacífico occidental ( corteza oceánica , sedimentos, corteza y litosfera del manto) varía de forma suficientemente sistemática como para que, en una primera aproximación, podamos comprender lo que se está procesando actualmente estudiando lo que yace en el fondo marino al este de la fosa IBM.  

El fondo marino de la placa del Pacífico al este del sistema de arco IBM se puede subdividir en una porción norte batimétricamente "suave" y una porción sur batimétricamente accidentada, separadas por la meseta de Ogasawara. Estas variaciones a gran escala marcan historias geológicas distintas al norte y al sur. El norte, sin rasgos distintivos, está dominado por la cuenca de Nadezhda. En el sur, alineaciones rudimentarias de montes submarinos , atolones e islas definen tres grandes cadenas con orientación ONO-ESE ( Winterer et al. 1993 ) : la meseta de Ogasawara ( isla Marcus - isla Wake ), la cadena de montes submarinos de Magallanes y la dorsal de las islas Carolinas . Las dos primeras cadenas se formaron por vulcanismo fuera de la dorsal durante el Cretácico , mientras que la cadena de las islas Carolinas se formó en los últimos 20  millones de años. Dos cuencas importantes se encuentran entre estas cadenas: la cuenca de Pigafetta, situada entre las cadenas Marcus-Wake y Magallanes, y la cuenca de las Marianas Orientales, situada entre las cadenas Magallanes y Carolinas.

La edad del fondo marino del Pacífico occidental se ha interpretado a partir de anomalías magnéticas del fondo marino correlacionadas con la escala de tiempo de inversión geomagnética Nakanishi, Tamaki y Kobayashi 1992 y confirmadas por perforaciones científicas del Programa de Perforación Oceánica . Se han identificado tres conjuntos principales de anomalías magnéticas en el área de interés. Cada uno de estos conjuntos de lineaciones comprende anomalías magnéticas de la serie M (Jurásico medio a Cretácico medio) que son esencialmente "anillos de crecimiento" de la placa del Pacífico. Estos conjuntos de anomalías indican que la pequeña placa del Pacífico, aproximadamente triangular, creció extendiéndose a lo largo de tres dorsales ( Bartolini y Larson 2001 ) . Las lineaciones identificables más antiguas son M33 a M35 ( Nakanishi 1993 ) o quizás incluso M38 ( Handschumacher et al. 1988 ) . Es difícil decir qué edad podrían tener estas lineaciones y la corteza más antigua; Las lineaciones magnéticas más antiguas para las que se han asignado edades son M29 (157 Ma; ( Channell et al. 1995 ) . No se conocen lineaciones magnéticas tan antiguas como M29 en otros océanos, y el área en el Pacífico occidental que se encuentra dentro de la lineación M29, es decir, corteza más antigua que M29, es del orden de 3x106 km ² , aproximadamente un tercio del tamaño de los Estados Unidos. El sitio ODP 801 se encuentra en un fondo marino que es considerablemente más antiguo que M29 y el basamento MORB allí produce edades Ar-Ar de 167±5 Ma ( Pringle 1992 ) . Los sedimentos más antiguos en el sitio 801C son Jurásico medio, Calloviense o Batoniense más reciente (~162 Ma; Gradstein, Ogg y Smith 2005 ).  

La expansión del fondo oceánico en el Pacífico durante el Cretácico evolucionó desde una orientación más otoeste-este (de tipo tetiano)  hasta la tendencia norte-sur actual. Esto ocurrió a mediados del Cretácico, un intervalo de aproximadamente 35 a 40 millones de años caracterizado por la ausencia de inversiones magnéticas , conocida como la Supercrona Cretácica o Zona Tranquila. Posteriormente, la ubicación de las dorsales oceánicas con orientación norte-sur, en relación con la cuenca del Pacífico, migró progresivamente hacia el este a lo largo del Cretácico y el Terciario, lo que dio lugar a la marcada asimetría actual del Pacífico, con fondos marinos muy jóvenes en el Pacífico oriental y muy antiguos en el Pacífico occidental.

Los sedimentos que llegan a la fosa IBM no son gruesos, considerando que se trata de uno de los fondos marinos más antiguos de la Tierra. Lejos de los montes submarinos, la secuencia pelágica está dominada por sílex y arcilla pelágica , con escaso carbonato. Los carbonatos son importantes cerca de los guyots, comunes en la parte sur de la región. Los sedimentos cenozoicos son poco importantes, excepto por la ceniza volcánica y el loess asiático depositados junto a Japón, y los sedimentos carbonatados asociados con la relativamente poco profunda dorsal de Carolina y la placa de Carolina . Es probable que las fuertes corrientes del fondo marino sean las responsables de esta erosión o falta de sedimentación.

Las composiciones de los sedimentos que se subducen bajo las partes norte y sur del arco IBM son significativamente diferentes, debido a la sucesión volcánica fuera de la dorsal del Cretácico en el sur que está ausente en el norte. Las lavas y volcanoclásticos asociados con un intenso episodio de vulcanismo intraplaca corresponden en el tiempo estrechamente al Supercron Cretácico. El vulcanismo fuera de la dorsal se volvió cada vez más importante al acercarse a la Meseta Ontong-Java . Hay sills toleíticos  de 100 a 400 m de espesor en la Cuenca de las Marianas Orientales y la Cuenca de Pigafetta ( Abrams et al. 1993 ) , y al menos 650 m de flujos y sills toleíticos en la Cuenca de Nauru, cerca del Sitio ODP 462. Castillo, Pringle y Carlson 1994 sugieren que esta provincia puede reflejar la formación de un sistema de expansión del Cretácico medio en las cuencas de Nauru y las Marianas Orientales. Más al norte, los depósitos relacionados con este episodio consisten en gruesas secuencias de turbiditas volcaniclásticas del Aptiense - Albiense provenientes de islas volcánicas emergentes, como las conservadas en el sitio DSDP 585 y los sitios ODP 800 y 801. Unos cientos de metros de depósitos volcaniclásticos probablemente caracterizan la sucesión sedimentaria en las cuencas de Mariana Oriental y Pigafetta y sus alrededores. Más al norte, en los sitios DSDP 196 y 307 y el sitio ODP 1149, hay poca evidencia de actividad volcánica del Cretácico medio. Parece que el episodio volcánico del Aptiense-Albiense se limitó en gran medida a la región al sur de la latitud actual de 20°N. Las consideraciones paleomagnéticas y cinemáticas de placas sitúan esta amplia región de vulcanismo fuera de la dorsal en las proximidades actuales de Polinesia , donde hoy en día el vulcanismo fuera de la dorsal, la batimetría poco profunda y la litosfera delgada se conocen como el 'Superabombamiento' ( Menard 1984 ; McNutt et al. 1990 ). 

La figura superior muestra los sedimentos típicos perforados en el sitio 1149 del Programa de Perforación Oceánica (ODP) , al este del segmento Izu-Bonin. Los sedimentos perforados en el sitio 1149 del ODP tienen aproximadamente 400  m de espesor y una antigüedad de hasta 134  millones de años. La sección sedimentaria presenta una estratigrafía pelágica típica , acumulada principalmente en el Cretácico, pero también en los últimos 7 millones de años ( Neógeno tardío ), construida sobre un basamento de corteza oceánica del Cretácico temprano . La porción más baja es de carbonato y sílex, la siguiente capa es muy rica en sílex y la tercera capa es rica en arcilla. A esto le sigue un largo hiato deposicional antes de que la sedimentación se reanude hace aproximadamente 6,5 Ma ( Mioceno tardío ), con la deposición de ceniza volcánica, arcilla y polvo eólico. La estratigrafía al este del segmento Mariana difiere de la que se subduce bajo el segmento Izu-Bonin por tener una abundancia mucho mayor de rocas volcánicas intraplaca y basaltos de inundación del Cretácico temprano. En el sitio ODP 801C se perforaron aproximadamente 470 m de corteza oceánica durante las expediciones 129 y 185. Se trata de basalto típico de dorsal oceánica afectado por alteración hidrotermal a baja temperatura . Esta corteza está cubierta por un depósito hidrotermal de color amarillo brillante de 3 m de espesor y unos 60 m de basalto de olivino alcalino , de 157,4 ± 0,5 Ma de antigüedad ( Pringle 1992 ) .     

Los patrones espaciales de sismicidad son esenciales para localizar y comprender la morfología y la reología de las placas litosféricas en subducción , y esto es particularmente cierto para la zona Wadati-Benioff (WBZ) de IBM. Katsumata y Sykes (1969) fueron los primeros en describir las características más importantes de la WBZ de IBM. Su estudio detectó una zona de terremotos profundos bajo las Marianas del Sur y proporcionó algunas de las primeras restricciones sobre la naturaleza vertical y profunda de la litosfera del Pacífico en subducción bajo el sur de IBM. También encontraron una región de sismicidad superficial reducida (≤70 km) y una ausencia de eventos profundos (≥300 km) bajo las Islas Volcánicas adyacentes a la unión de las fosas de Izu Bonin y Mariana, donde la fosa se orienta casi paralela al vector de convergencia.  

Más recientemente, Engdahl, van der Hilst y Buland (1998) proporcionaron un catálogo de terremotos con ubicaciones mejoradas (Figura 10). Este conjunto de datos muestra que, bajo el norte de IBM, la inclinación de la WBZ aumenta gradualmente de ~40° a ~80° hacia el sur, y la sismicidad disminuye entre profundidades de ~150  km y ~300  km (Figuras 11a-c). La placa subducida bajo el centro de IBM (cerca de 25°N; Fig. 11c) se delimita por una actividad sísmica reducida que, sin embargo, define una orientación más vertical que persiste hacia el sur (Figuras 11d-f). Los terremotos profundos, definidos aquí como eventos sísmicos ≥300  km de profundidad, son comunes bajo partes del sistema de arco IBM (Figuras 10, 11). Los eventos profundos en el sistema IBM son menos frecuentes que en la mayoría de las otras zonas de subducción con sismicidad profunda, como Tonga/Fiji/Kermadec y Sudamérica. Debajo de la parte norte de IBM, la sismicidad profunda se extiende hacia el sur hasta aproximadamente 27,5°N, y existe una pequeña zona de eventos entre 275  km y 325  km de profundidad a aproximadamente 22°N. Hay una estrecha banda de terremotos profundos debajo de la parte sur de IBM entre aproximadamente 21°N y 17°N, pero al sur de esta hay muy pocos eventos profundos. Aunque los primeros estudios asumieron que la sismicidad delimitaba el límite superior de la placa, evidencia más reciente ha demostrado que muchos de estos terremotos ocurren dentro de la placa. Por ejemplo, un estudio de Nakamura et al. 1998 mostró que una región de eventos debajo de la región más septentrional de IBM ocurre a unos 20  km debajo de la parte superior de la placa subducida. Proponen que la falla transformacional, que ocurre cuando el olivino metaestable cambia a una estructura de espinela más compacta, produce esta zona de sismicidad. De hecho, el mecanismo de falla para los terremotos profundos es un tema muy debatido (por ejemplo, Green y Houston 1995 ) y aún no se ha resuelto. Se han detectado zonas sísmicas dobles (ZSD) en varias partes de la zona de subducción IBM, pero sus ubicaciones dentro de la placa, así como las interpretaciones de su existencia, varían drásticamente. Debajo del sur de IBM, Samowitz y Forsyth (1981) encontraron una ZSD ubicada a 80  km y 120  km de profundidad, con las dos zonas separadas por 30-35  km. Los mecanismos focales de los terremotos indican que la zona superior, donde ocurren la mayoría de los eventos, está en compresión hacia abajo, mientras que la zona inferior está en extensión hacia abajo. Esta ZSD se encuentra a una profundidad donde la curvatura de la placa es mayor; a mayores profundidades se desdobla en una configuración más plana. Samowitz y Forsyth (1981) sugirieron que el desdoblamiento o las tensiones térmicas en los 150 km superiores  de la placa pueden ser la causa principal de la sismicidad. Para el norte de IBM, Iidaka y Furukawa (1994)Se utilizó un esquema refinado de relocalización de terremotos para detectar una DSZ entre profundidades de 300  km y 400  km, que también tiene un espaciamiento de 30 35  km entre las zonas superior e inferior. Interpretaron datos de fases convertidas de S a P y modelado térmico para proponer que la DSZ resulta de fallas transformacionales de una cuña de olivino metaestable en la placa. Trabajos recientes sugieren que las variaciones composicionales en la placa subducida también pueden contribuir a la doble zona sísmica ( Abers 1996 ) , o que las DSZ representan el lugar de deshidratación de serpentina en la placa ( Peacock 2001 ) .

Baker et al. 2008 identificaron 76 edificios volcánicos a lo largo de 1370  km del arco de las Marianas, agrupados en 60 centros volcánicos , de los cuales al menos 26 (20 submarinos) son hidrotermal o volcánicamente activos. La densidad general de centros volcánicos es de 4,4/100  km de arco, y la de centros activos es de 1,9/100  km. Los volcanes activos se encuentran entre 80 y 230  km por encima de la placa del Pacífico en subducción, y ~25% se encuentran detrás del frente magmático del arco. No hay evidencia de un espaciamiento regular de volcanes a lo largo del arco de las Marianas. La distribución de frecuencia del espaciamiento de volcanes a lo largo del frente magmático del arco alcanza su máximo entre 20 y 30  km y muestra la forma asimétrica de cola larga típica de muchos otros arcos. La primera compilación global de volcanes de arco utilizando datos batimétricos recientes estimó que los arcos que son al menos parcialmente submarinos tienen una población de casi 700 volcanes, de los cuales al menos 200 están sumergidos ( de Ronde et al. 2003 ) .

Baker et al. (2008) estimaron que los arcos intraoceánicos combinados podrían generar emisiones hidrotermales equivalentes a aproximadamente el 10 % de las del sistema global de dorsales oceánicas. Estas emisiones hidrotermales incluyen sulfuro de hidrógeno, metano, dióxido de carbono e hidrógeno. Estos gases se emiten desde montes submarinos (volcanes subacuáticos) y desde las fracturas dentro de estas dorsales y arcos volcánicos.

Guam, en el sur del sistema del arco IBM, es donde Magallanes desembarcó por primera vez tras su épica travesía del océano Pacífico en 1521. Las islas Bonin fueron una importante parada para el abastecimiento de agua y provisiones para la caza de ballenas en Nueva Inglaterra a principios del siglo XIX. En aquel entonces se las conocía como las islas Peel.

En 1944 y 1945 se libraron terribles batallas en las islas de Saipán e Iwo Jima; muchos jóvenes soldados japoneses y estadounidenses murieron en ellas. George H. W. Bush fue derribado en 1945 cerca de Chichijima, en las islas Bonin. Doce marineros japoneses quedaron varados en junio de 1944 en la isla volcánica de Anatahan durante siete años, junto con el capataz de la plantación abandonada y una atractiva joven japonesa. La novela y la película de 1953, Anatahan, se basan en estos hechos. El bombardero B-29 Enola Gay voló desde Tinian para lanzar la primera bomba atómica sobre Hiroshima en 1945. El sargento Shoichi Yokoi se escondió en la naturaleza de Guam durante 28 años antes de salir de su escondite en 1972. La serpiente arborícola marrón fue introducida accidentalmente durante la Segunda Guerra Mundial y desde entonces ha devastado las aves nativas de Guam.

• Fosa de las Marianas
• Mariana Trough
• Islas Marianas
• Monte submarino del sur de Chamorro

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• – Investigaciones del programa Anillo de Fuego de la NOAA de 2006 en el arco de las Marianas – incluyendo videos
• – Investigaciones del programa Anillo de Fuego de la NOAA de 2004 en el arco de las Marianas – incluyendo videos
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• Archivado el 17 de junio de 2024 en la Wayback Machine : información sobre una reunión geocientífica de 2007 relacionada con el arco IBM, incluidas presentaciones y pósteres que se pueden descargar.