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L'élévation des continents : un effet de la chaleur ?

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Selon deux chercheurs de l'Université de l'Utah, le fait que les continents soient plus élevés que le fond des océans n'est pas uniquement dû à une différence de composition minéralogique. Ordinairement, on explique que les plaques continentales étant plus légères que les plaques océaniques, constituées principalement de basaltes, elles flottent sur le manteau plus dense sans jamais pouvoir y être englouties par subduction ni même passer sous le niveau de la mer. D'après David Chapman et Derrick Hasterok, si l'on ne tient pas compte de la dilatation des roches continentales causée par la chaleur produite par la désintégration des éléments radioactifs, ou par la remontée de matériaux chauds dans le manteau, les calculs prédisent en fait que de larges portions des continents seraient submergées par les océans...

George Biddell Airy, le créateur de la théorie de l'isostasie (Crédit : 2007 Soylent Communications).
Changement d'épaisseur de la croûte océanique et de la profondeur de l'océan à mesure que l'on s'éloigne de la dorsale centrale (Crédit : Science Education Resource Center (SERC) at Carleton College).

Dans un article du Journal of Geophysical Research-Solid Earth les deux géophysiciens pointent, en effet, une curieuse carence des modèles d'isostasie construits à partir des travaux d'Airy et de ses successeurs.

Rappelons rapidement ce qu'est l'isostasie

L'isostasie est une théorie proposée en géophysique pour expliquer des anomalies du champ de gravitation à la surface de la Terre. C'est en fait une simple application du principe d'Archimède d'équilibre isostatique.
Dés 1851, l'astronome royal Georges Airy, que l'on connaît surtout pour ses
contributions à la théorie de la diffraction en optique ondulatoire, avait tenté d'expliquer pourquoi la masse de l'Himalaya n'attirait pas autant un pendule dans son voisinage qu'elle n'aurait dû le faire. En introduisant l'idée d'une croûte continentale légère, flottant sur un manteau plus lourd tel un iceberg, on en déduisait que tout relief positif important devait se trouver avoir des prolongements de plus en plus profonds en fonction de son altitude au-dessus du niveau de la mer. Une chaîne de montagne devait donc avoir des « racines » plongeant dans le manteau.

Ainsi, le champ de gravitation résultant n'était plus celui d'un simple relief posé sur une croûte au dessus d'un manteau homogène et les calculs reproduisaient assez bien les observations.

D'autres modèles, mais toujours basés sur le principe d'Archimède furent
introduits, comme celui de Pratt. Dans celui-ci il n'y a plus de racines crustales mais c'est la densité de la croûte qui varie en fonction de la hauteur du relief.

De haut en bas les modèles d'Airy, Pratt et de surcharge des fonds marins par un volcan.

Maintenant, il est bien connu aujourd'hui que le fond de l'océan Atlantique est barré par une gigantesque chaîne de montagnes d'origine volcanique, la fameuse dorsale médio-océanique. C'est à ce niveau que le magma tholéiitique remonte du manteau et, par accrétion, fabrique de la croûte océanique.

Une question s'était posée rapidement aux scientifiques. Pourquoi, si la théorie de l'expansion des fonds océaniques est exacte, la profondeur de l'eau augmente-t-elle au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la dorsale en direction des plaines abyssales ?

La physique de la chaleur donne la réponse. Les roches produites sont encore très chaudes au niveau des dorsales et par conséquent, elles se dilatent. En se refroidissant lentement, au cours du processus  qui les emporte loin du rift central, elles se contractent et se retrouvent donc de plus en plus profondément sous le niveau des océans. De plus, la plaque océanique s'épaississant avec le temps, elle devient plus lourde et à tendance à plonger par simple gravité, ce qui ajoute au processus précédent une augmentation supplémentaire de la profondeur de l'eau. Au final, on parle d'un processus d'isostasie thermique.

A sa grande surprise,  David Chapman s'était aperçu que bien qu'il ait fait l'objet de nombreuses études pour les plaques océaniques, ce rôle de la chaleur dans l'augmentation de volume des roches n'avait jamais été vraiment pris en compte dans le cas des plaques continentales. Il y avait donc un manque à combler. Derrick Hasterok et lui ont donc étudié attentivement les données relatives à l'Amérique du nord.

De fait, on savait depuis longtemps que certaines provinces géologiques composées des mêmes types de roches ne se trouvaient pas à la même altitude. C'est le cas du plateau du Colorado et des grandes plaines, le premier étant au-dessus des secondes, un fait difficilement explicable avec la théorie de l'isostasie. Tout change si l'on tient compte du champ de température dans la croûte. Tous calculs fait, la différence de températures entre les roches de deux régions compte presque pour moitié avec la différence de densités pour expliquer les altitudes de celles-ci au-dessus du niveau du géoïde.

Sans ces différences de températures, et la dilatation des roches, les chercheurs ont calculé que de nombreuses villes américaines seraient sous l'eau. La liste est longue et impressionnante puisqu'on y trouve New York, Miami, Los Angeles, la Nouvelle Orléans et même Denver, Salt Lake etc...Pour faire court, seules les régions hautes de la chaîne de Rocheuses, la Sierra Nevada et le nord-ouest de la façade pacifique de la chaîne des Cascades émergeraient !