Diamant dans sa gangue de kimberlite. © Björn Wylezich, Adobe Stock
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La formation des diamants est liée à la fragmentation des supercontinents

ActualitéClassé sous :Géologie , croûte continentale , convection mantellique

Les diamants se forment dans les entrailles de la Terre, à très grande profondeur et haute température. Ils remontent à la surface par le biais d'éruptions volcaniques. On les retrouve ainsi prisonniers de roches magmatiques appelées kimberlites. Cependant, l'origine de ces magmas très particuliers est encore mal comprise. Une nouvelle étude montre que l'initiation de ce magmatisme serait associée aux grands cycles tectoniques et plus particulièrement à la fragmentation des supercontinents.

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Formés en profondeur, les diamants sont transportés vers la surface de la Terre grâce à des magmas que l'on appelle kimberlites. Ces magmas sont ensuite éruptés au niveau de volcans et refroidissent pour former des roches magmatiques contenant des enclaves de diamants. Cependant, ces magmas sont très particuliers. Ils se forment à très grande profondeur, au niveau de la limite lithosphère-asthénosphère, à plus de 150 kilomètres dans le manteau terrestre et sont caractéristiques de certaines zones à la surface de la Terre. En effet, les kimberlites sont observées préférentiellement dans les régions cratoniques, caractérisées par une lithosphère continentale très ancienne. Cette observation a longtemps intrigué les scientifiques, car les cratons, en raison de leur âge, sont plutôt considérés comme des régions très stables, associées à un manteau sous-jacent anormalement froid et ayant une forte résistance mécanique. Difficile donc d'envisager la génération de magma dans ce contexte.

Des éruptions associées aux périodes de fragmentation des supercontinents

Les kimberlites montrent également une autre particularité : l'étude des différents gisements montre que les éruptions kimberlitiques ne surviennent pas au hasard, mais plutôt par pulses, étonnamment synchronisés avec les cycles de fragmentation des supercontinents. Ainsi, le magmatisme kimberlitique semble fortement associé aux grands épisodes de réorganisation des plaques tectoniques. Cette observation suggère que la formation de ces magmas pourrait être provoquée par des perturbations du manteau cratonique ou par des changements brutaux du mouvement des plaques. Mais les mécanismes exacts de leur formation et de leur remontée vers la surface sont encore très mal compris.

Mine de diamants dans une ancienne cheminée volcanique. © zebra0209, Shutterstock

Une nouvelle étude soumise à la revue Nature met cependant en lumière le lien entre la génération de kimberlites et les grands cycles tectoniques. Elle montre notamment que la plupart des kimberlites ont à chaque fois été éruptées approximativement 25 millions d'années après le début de la fragmentation des supercontinents, suggérant un lien étroit avec les processus de rifting. Mais comment des processus de surface (la fragmentation de l'écorce terrestre) peuvent-ils impacter la dynamique du manteau profond et générer la production de magma à plus de 150 kilomètres de profondeur ?

L’ouverture continentale, moteur de la remontée des diamants

En se basant sur la réalisation de modèles numériques dynamiques, l'équipe de chercheurs menée par Thomas Gernon de l'Université de Southampton montre que l'ouverture continentale et la fragmentation des cratons engendrent de fortes instabilités convectives dans le manteau asthénosphérique. Car si l'épaisseur de la lithosphère des cratons (150-200 kilomètres contre 100 kilomètres normalement) tend à rendre ces zones particulièrement stables et peu sensibles aux mouvements tectoniques, lorsqu'ils finissent par rompre cela impacte fortement les niveaux mantelliques sous-jacents, et ce jusqu'à la limite lithosphère-asthénosphère.

Processus de formation du magma contenant les diamants lors de la fragmentation des cratons. © Gernon et al. 2022, CC by 4.0

La remontée asthénosphérique qu'engendre la fragmentation d'un craton est en effet particulièrement importante du fait du fort contraste de température entre la lithosphère cratonique (froide) et l'asthénosphère sous-jacente (chaude). Ce contraste induit un effet de convection qui déstabilise la racine profonde du craton continental. La remontée rapide du manteau asthénosphérique chaud provoque alors la fusion partielle de la racine du craton, engendrant la formation d'un petit volume de magmas kimberlitiques qui remonte rapidement vers la surface, emportant avec lui les précieux diamants. La génération de ce magma peut ainsi éroder la base du craton sur plusieurs dizaines de kilomètres, une supposition qui se vérifient par de nombreuses mesures géophysiques de l'épaisseur des cratons.

Ces résultats montrent à quel point les processus de surface et la dynamique terrestre profonde peuvent être liés.

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