La tectonique des plaques est à l'origine des formations des séismes, des volcans, des montagnes et des fosses océaniques. © Alec Brenner, Havard University
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Un minéral pourrait contrôler la dynamique interne de la Terre

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La tectonique des plaques est à l'origine des processus de subduction. Une nouvelle étude soumet l'hypothèse que l'accumulation dans le manteau de bouts détachés de la croûte subductée serait à l'origine des superplumes.

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La Terre est constituée de plusieurs couches ou enveloppes comme un oignon. La coque externe rigide de la Terre est la lithosphère qui est formée d'une croûte (continentale ou océanique) en surface et d'une partie du manteau supérieur en profondeur, et est subdivisée en plaques tectoniques.

Bien qu'elles nous paraissent immobiles, ces plaques se déplacent du fait que la lithosphère, rigide, repose sur l'asthénosphère qui est une partie ductile du manteau supérieur. Cette disposition va créer un mouvement de tapis roulant où le manteau va pousser les croûtes océaniques sous les continents, au frontière des plaques.

Ce processus s'appelle la subduction et c'est au niveau de ces frontières que se produisent de nombreux événements géologiques que nous voyons à la surface de la Terre, tels que les séismes, les volcans, les montagnes et les fosses océaniques

Schéma d’une subduction montrant la plaque plongeante (le slab) sous la croûte continentale © Wikimedia Commons, USGS, CC by-sa 3.0

Observer le processus de subduction

Lorsque la croûte océanique plonge sous le continent pendant une subduction (le slab), le meilleur moyen de suivre le devenir de cette croûte recyclée se fait par la lecture des ondes sismiques qui sont directement générées par les tremblements de terre. Elles vont parcourir l'intérieur de la terre et traverser différents matériaux à des vitesses différentes.

Leur vitesse de propagation dépend du matériau traversé et montre d'ailleurs un comportement étrange à la frontière entre le manteau et le noyau de la Terre, connue sous le nom de grandes provinces à faible vitesse de cisaillement, une sous l'océan Pacifique et une sous l'Afrique. Ces deux structures sont colossales, elles peuvent s'étendre sur des milliers de kilomètres et jusqu'à 1.000 km en hauteur, et ne sont pas encore bien comprises dans la communauté scientifique.

Ces structures titanesques intriguent et on se demande de quel type de roche il s'agit et comment elle s'y accumule. Pour répondre à cette question, une équipe de recherche comptant des scientifiques d'Allemagne, de l'Utah, de Californie et du Royaume-Unis, ont publié une étude dans Nature qui vise à comprendre les propriétés mécaniques de ces roches et minéraux

Superplumes ou grandes provinces à faible vitesse de cisaillement. Structures du manteau inférieur à la limite avec le noyau. Il en existe deux : une sous l'océan Pacifique et une sous l'Afrique. © Sanne.cottaar - Own work, CC by-sa 4.0

Le minéral le plus abondant du manteau terrestre

Pour cela ils ont travaillé sur la pérovskite qui est un groupe de minéraux majeurs dans la croûte subductée. Ils se forment à une profondeur d'environ 550 km à partir de grenat et peuvent représenter jusqu'à 25 % du volume de la croûte subductée et jusqu'à 10 % du volume d'un manteau. 

Ce groupe de minéraux est difficile à étudier mais après avoir réussi à analyser sa structure, les chercheurs ont modélisé sa résistance et son comportement sous différentes contraintes. Ils se sont aperçus que la résistance et la viscosité de la pérovskite sont sensiblement inférieures au reste du manteau. Avec ces nouvelles données, l'équipe de chercheurs suppose que ces différences peuvent affecter une croûte en subduction. 

Lorsque la croûte subductée arrive à une profondeur d'environ 550 km, les conditions de températures et de pression forment de la pérovskite dans une grande partie du slab. Cette formation va le rendre en partie peu résistant et visqueux, le conduisant à se délaminer ou se détacher du reste du slab, puis à tomber dans le manteau. Finalement, à force d'accumulation de ce matériau, cela pourrait former sur de longues périodes d'empilement une grande province à faible vitesse de cisaillement.

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