Cartographie des fonds océaniques réalisée par Marie Tharp, Bruce Heezen et Heinrich Berann en 1977. © Berann, Heezen, Tharp, Library of Congress, https://www.loc.gov/item/2010586277/
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Des restes de roches continentales archéennes retrouvées au beau milieu de l’océan Indien !

ActualitéClassé sous :Géologie , convection mantellique , croûte océanique

Le domaine continental et le domaine océanique sont deux systèmes géologiques très différents. Et pourtant, une nouvelle étude montre qu'une partie du manteau sous-continental pourrait être recyclé dans l'asthénosphère pour se retrouver dans la nouvelle croûte océanique formée aux dorsales.

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Les dorsales océaniques, véritables sutures entre les plaques lithosphériques qui composent l'écorce terrestre, représentent les régions du globe où est formée la nouvelle croûte océanique. Si l'âge de la croûte continentale peut atteindre par endroit presque 4 milliards d'années, l'âge maximal de la croûte océanique est bien inférieur. Il ne dépasse actuellement pas les 200 millions d'années, à cause du processus de subduction qui recycle la lithosphère océanique de manière continue depuis la formation de la Terre. Dans ce système dynamique, les dorsales représentent les zones les plus jeunes de la croûte océanique.

Un manteau océanique et un manteau sous-continental de composition légèrement différente

Le processus de formation de la lithosphère océanique est associé à la fusion partielle du manteau asthénosphérique sous-jacent. En raison de la décompression adiabatique (remontée à température constante) des roches du manteau, celles-ci vont se mettre à fondre, mais uniquement de façon partielle, générant des magmas de type Morb. Ce type de magma se différencie des magmas de type OIB qui proviennent de la fusion d'un manteau profond, hérité du manteau primitif de la Terre.

Les MORBs ont, quant à eux, une composition appauvrie en certains éléments chimiques (éléments incompatibles). Cette caractéristique est l'indicateur que le manteau supérieur a déjà subi de précédents épisodes de fusion, et a notamment participé à la formation des masses continentales au début de l'histoire de la Terre. Cet appauvrissement en certains éléments chimiques s'observe de manière encore plus marquée sous les continents, le manteau lithosphérique sous-continental étant lui-même à la source de la croûte continentale qui le surmonte.  

Coupe d'une dorsale où est formée la nouvelle croûte océanique de type MORB à partir d'un manteau asthénosphérique normalement exempte de signature continentale. © 37ophiuchi BrucePL, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Au niveau des dorsales matures, qui sont situées loin des marges continentales, on ne retrouve ainsi, quasi exclusivement, que des roches magmatiques de type MORB, issues d'un manteau d'origine océanique dont la composition est légèrement différente de celle du manteau sous-continental.

Il peut arriver que des fragments de ce manteau sous-continental soient arrachés par divers processus tectoniques ou magmatiques et viennent « contaminer » le manteau asthénosphérique. Il n'avait cependant jamais été observé de roches océaniques portant la signature d'une contamination par un manteau lithosphérique très ancien, d'âge supérieur à 2,5 milliards d'années (âge archéen).

Une nouvelle croûte océanique contaminée par une vieille lithosphère continentale

Et pourtant, une équipe de l'Académie chinoise des Sciences rapporte la découverte de péridotites, des roches du manteau, présentant la signature chimique d'un manteau lithosphérique continental vieux de 2,8 milliards d'années. Une première, d'autant plus exceptionnelle que cette découverte a été faite au niveau de la dorsale sud-ouest indienne, qui sépare la plaque antarctique de la plaque africaine.

Cette dorsale, siège de la formation de la nouvelle croûte de l'océan sud-ouest indien, se situe à quelques 2.000 km du craton d'âge archéen Kaapvaal, en Afrique du Sud. La caractéristique de cette dorsale est d'avoir un taux d’expansion très lent, de l'ordre de 14 mm/an et que la croûte océanique qui y est créé est souvent composée directement de péridotites du manteau n'ayant pas subi de processus de fusion. Or, l'analyse de certains échantillons de ces roches mantelliques exhumées au niveau de la dorsale montre qu'elles ont été préalablement « contaminées » par le manteau sous-continental du craton africain.

Localisation des échantillons prélevés au niveau de la dorsale sud-ouest indienne, qui sépare les plaques antarctique et africaine. © Liu et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0

Mais comment ces roches très anciennes se sont-elles retrouvées au niveau de la dorsale actuelle ? Grâce à des modèles numériques, les chercheurs montrent qu'il s'agit certainement de fragments de manteau sous-continental arrachés à la base du craton africain et recyclés dans le manteau pour être réutilisés au niveau de la dorsale sud-ouest indienne.

Les mécanismes précis de ce processus restent encore flous mais les scientifiques supposent que les fragments de manteau archéen auraient pu être arrachés par la remontée d'un panache de point chaud sous le continent africain, vers la fin du Crétacé. Les mouvements de convection du manteau auraient ensuite fait voyager ces fragments dans l'asthénosphère durant des dizaines de millions d'années, jusqu'à ce qu'ils arrivent au niveau de l'actuelle dorsale sud-ouest indienne où ils ont été ponctionnés pour former la nouvelle croûte océanique. 

Hypothèse développée par les auteurs : un panache mantellique est venu éroder la base de la lithosphère sous-continentale du craton africain (1), puis les mouvements de convections ont transporté les fragments de péridotites âgés de 2,8 milliards d'années jusqu'à la dorsale sud-ouest indienne (2) où ils ont pu servir à la formation de la nouvelle croûte océanique. © Liu et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0

Ces résultats, publiés dans la revue Science Advances, encouragent la révision des processus de recyclage de la lithosphère continentale au sein du manteau, un mécanisme très certainement sous-estimé à l'heure actuelle.

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