La chaîne de volcans de Hawaï-Empereur est le témoin du mouvement de la plaque Pacifique. © Yarr65, Adobe Stock
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Il y a 50 millions d’années, la plaque Pacifique changeait brusquement de direction. Pourquoi ?

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Dans le Pacifique, le tracé de la chaîne volcanique Hawaï-Empereur est depuis longtemps utilisé comme témoin incontestable du mouvement des plaques tectoniques. Cependant, il montre qu'un changement majeur s'est produit il y a 50 millions d'années. Une nouvelle étude affine notre compréhension des causes de ce brusque changement de direction de la plaque Pacifique.

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Parmi les marqueurs du mouvement des plaques tectoniques, les volcans de point chaud font partie des structures les plus visibles à la surface du globe. Considéré comme fixe, le panache remontant à travers le manteau terrestre applique, en effet, sa marque sur la plaque lithosphérique défilant au-dessus de lui, menant à la création de longues chaînes de volcans et enregistrant par là même la direction de la plaque au fil des millions d'années.

La chaîne la plus connue est certainement celle d'Hawaï-Empereur. Longue de 5.700 km, cette chaîne est composée de plus de 80 volcans, dont la plupart sont sous-marins. Elle s'étend de la fosse des Aléoutiennes dans le coin nord-ouest du Pacifique, jusqu’aux îles Hawaï, qui représentent la partie la plus jeune de la chaîne.

Diagramme montrant le point chaud d’Hawaï et le mouvement de la plaque Pacifique au-dessus. © Joel E. Robinson, USGS., Wikimedia Commons, domaine public

Un brusque changement de direction enregistré dans le tracé de la chaîne de volcans

La chaîne Hawaï-Empereur est bien visible sur les cartes bathymétriques du Pacifique, comme un long chapelet, créé par le déplacement de la plaque océanique Pacifique au-dessus du point chaud, qui se trouve actuellement à l'extrémité sud, au niveau du mont sous-marin Lōʻihi. Mais ce qui frappe immédiatement, c'est le coude que forme la chaîne à peu près en son milieu.

Le tracé de la chaîne Hawaï-Empereur est clairement visible sur cette carte bathymétrique, ainsi que la zone de subduction marquant la bordure ouest de la plaque Pacifique, Izu-Bonin-Mariannes. © Gebco, www.gebco.net, annotations de John O’Connor, fau.eu

Cette modification du tracé de la chaîne volcanique a depuis longtemps été interprétée comme le témoin d'un changement de direction majeur de la plaque Pacifique. Les datations des laves des volcans situés au niveau de ce coude ont permis d'estimer l'âge du changement de direction vers 47-50 millions d'années. Le mouvement de la plaque, jusque-là à dominante nord, aurait ainsi brusquement changé pour une direction vers le nord-ouest.

Pourtant, les mesures paléomagnétiques réalisées sur les différents volcans montrent également que le point chaud, habituellement considéré comme fixe, se serait déplacé vers le sud entre 80 et 50 millions d'années. Il semble aujourd'hui probable que ces deux phénomènes aient agi de concert pour créer le tracé que nous observons aujourd'hui. Cependant, l'impact de chacun de ces processus est encore mal contraint. En particulier, les scientifiques ne comprennent pas encore clairement la cause du changement de direction de la plaque Pacifique.

Le difficile jeu de la reconstruction cinématique

Ce dernier point a d'ailleurs fait l'objet de plusieurs hypothèses. Il pourrait être associé à l'initiation conjointe, il y a 50 Ma, des zones de subduction Izu-Bonin-Mariannes et Tonga-Kermadec. Ces deux zones de subduction se sont en effet développées sur la bordure ouest de la plaque Pacifique, entrainant la plaque océanique dans cette direction.

Une autre hypothèse fait intervenir une réorganisation globale des plaques tectoniques lors de la jonction entre la dorsale séparant les plaques Izanagi et Pacifique avec la vieille zone de subduction bordant la marge est de l'Asie. Cet événement tectonique survenu il y a 60 à 50 Ma aurait engendré une réaction en chaîne d'événements tectoniques. La collision de l'Inde avec l'Asie, générant une réduction de la vitesse de la subduction de la plaque Indienne, coïncide en effet avec le changement de direction de la plaque Pacifique. Mais la façon dont ces différents événements tectoniques sont liés n'est cependant pas claire.  

Le processus de subduction ayant lieu au niveau de la fosse Izu-Bonin-Mariannes, qui entraine la plaque Pacifique vers l’ouest. © Hussong, Fryer (1981), Vanessa Ezekowitz, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

De multiples facteurs

Des chercheurs se sont donc attelés à modéliser numériquement l'évolution du mouvement de la plaque Pacifique en réponse à ces différentes hypothèses. Le modèle de reconstruction cinématique des plaques, publié dans Nature Geoscience, montre que l'entrée en subduction de la plaque Izanagi, suivie par la disparition de la dorsale Izanagi-Pacifique et l'initiation de la subduction d'Izu-Bonin-Mariannes ne suffit pas pour expliquer le changement soudain du mouvement de la plaque Pacifique.

Les auteurs évoquent la participation d'un autre événement tectonique. Leur hypothèse est que la traction engendrée par la subduction intra-océanique de Kronotsky, dans la partie nord du Pacifique, aurait dans un premier temps tirée la plaque vers le nord, en accord avec le tracé de la première partie de la chaîne Hawaï-Empereur. La disparition, il y a environ 50 millions d'années, de cette subduction et de la traction qu'elle exerçait aurait ainsi engendré un changement brutal de l'organisation des contraintes appliquée sur la plaque Pacifique, dont le mouvement aurait ainsi basculé de 30-35° vers l'ouest. Mais le modèle montre que cette hypothèse n'explique pas totalement la morphologie du coude dans la chaîne volcanique.

Les auteurs suggèrent ainsi que le mouvement vers le sud du point chaud aurait influencé de façon équivalente le tracé de la chaîne à ce moment-là. Ce nouveau scénario montre la complexité des interactions entre les différents processus tectoniques et volcaniques. Il permet en outre de satisfaire l'ensemble des contraintes tectoniques globales, ainsi que les données paléomagnétiques et les modèles géodynamiques du manteau.

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