Par
Les résultats suggèrent que les théories actuelles sur la formation de certains volcans sont peut-être trop simples.
Les points chauds qui ont créé les îles volcaniques telles que celles d’Hawaï, de l’Islande et des Galápagos peuvent souvent s’avérer étonnamment frais, selon une nouvelle étude.
Ces résultats suggèrent que ces points chauds ne proviennent pas toujours de panaches géants de roches brûlantes remontant du noyau terrestre, comme on le pensait auparavant, ont noté les scientifiques.
Les volcans se trouvent généralement près des frontières des plaques tectoniques, nées de l’affrontement de ces plaques géantes de roche qui dérivent au-dessus de la couche de manteau entre le noyau et la croûte de la Terre. Les exemples classiques de tels volcans sont ceux qui forment ce que l’on appelle le cercle de feu sur le littoral du Pacifique.
Cependant, les volcans entrent parfois en éruption au milieu des plaques tectoniques. Les sources de ces points chauds pourraient être des panaches mantelliques, des piliers de roche chaude en forme de champignon qui montent des profondeurs du manteau pour brûler les matériaux sus-jacents comme un chalumeau. Lorsque les plaques tectoniques se déplacent sur ces panaches, les géologues pensent que des chaînes d’îles volcaniques peuvent émerger.
Des recherches antérieures ont suggéré que les points chauds volcaniques sont approximativement de 100 à 300 degrés. Celsius (180-540 F) plus chauds que les dorsales médio-océaniques, où le magma s’élève lorsque les plaques tectoniques s’écartent sous l’eau. Cela confirme l’idée que les points chauds sont chauffés par la matière provenant du noyau chaud de la Terre et les dorsales médio-océaniques par la roche mantellique plus froide.
Aujourd’hui, les scientifiques découvrent que de nombreux points chauds sont beaucoup plus froids qu’on ne le pensait, ce qui soulève des questions sur leurs origines. “Une fraction importante des points chauds ne correspond pas au modèle classique de panache”, a déclaré Vedran Lekic, sismologue à l’Université du Maryland, College Park, qui n’a pas participé à cette étude.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé la vitesse des ondes sismiques qui se propagent dans le manteau sous les points chauds et les dorsales océaniques afin d’estimer les températures à ces endroits. (Les ondes sismiques se déplacent plus rapidement dans la roche froide).
Environ 45% des points chauds sont plus chauds de plus de 155 C (279 F) que les dorsales médio-océaniques. Cependant, environ 40 % ne sont que de 50 à 136 C (90-245 F) plus chauds que les dorsales médio-océaniques, pas particulièrement chauds et donc pas assez flottants pour supporter la remontée active de roches du manteau profond. De plus, environ 15 % des points chauds sont particulièrement froids, avec une température de seulement 36 °C ou moins que celle des dorsales médio-océaniques.
Pour faire la lumière sur les origines de ces différentes variétés de points chauds, les scientifiques ont également examiné le rapport entre l’hélium 3, plus rare, et l’hélium 4, plus commun, dans leur roche. (Les noyaux atomiques de l’hélium-3 ne possèdent chacun qu’un seul neutron, alors que ceux de l’hélium-4 en possèdent deux).
L’hélium que l’on trouve dans la croûte terrestre est principalement de l’hélium-4 provenant de la décomposition de l’uranium et d’autres isotopes radioactifs au fil du temps, tandis que l’hélium provenant des profondeurs de la Terre est plus riche en hélium-3, probablement à partir de réservoirs de matériaux anciens préservant le rapport original trouvé entre ces isotopes au cours des premiers jours de la Terre. Les chercheurs ont découvert que les points chauds possédaient un rapport hélium-3/hélium-4 beaucoup plus élevé que les points chauds froids.
Bien que le modèle classique des points chauds provenant de panaches remontant du manteau profond puisse expliquer les points chauds, y compris la plupart des points chauds célèbres, tels que ceux qui se trouvent sous Hawaï, l’Islande, les Galapagos, Samoa et l’île de Pâques, “peut-être la vérité est-elle que seuls quelques points chauds se comportent vraiment comme notre modèle classique de panaches et de points chauds du manteau”, a déclaré Carolina Lithgow-Bertelloni, co-auteur de l’étude et géodynamicien à l’Université de Californie, Los Angeles.
“Cela renforce ce que certains chercheurs ont soutenu précédemment, à savoir que le terme ‘point chaud’ est trompeur et que les volcans qui ne correspondent pas au paradigme de la tectonique des plaques devraient plutôt être appelés ‘anomalies de fusion'”, a déclaré le sismologue Ross Maguire de l’Université du Nouveau-Mexique, qui n’a pas participé à cette recherche.
Les points chauds plus froids peuvent au contraire provenir du manteau supérieur, ou de panaches profonds à déplacement lent qui ont plus de temps pour se refroidir, ou encore de panaches profonds qui interagissent avec la roche mantellique tourbillonnante et se refroidissent. “Si cela est vrai, ce sera un défi pour les géodynamiciens d’expliquer une telle découverte”, a déclaré Bernhard Steinberger, géodynamicien au Centre de recherche allemand pour les géosciences à Potsdam, qui n’a pas participé à ces travaux. “Ces résultats vont sans doute déclencher de nouvelles recherches”.
En somme, “la vision classique des panaches n’est pas tant défectueuse que plus complexe queprésenté il y a 30 à 50 ans”, a déclaré Mme Lithgow-Bertelloni.
Au lieu de cela, ce travail “indique une variété beaucoup plus grande parmi les panaches”, a déclaré Steinberger. “C’est un peu comme lorsque vous obtenez une nouvelle vue rapprochée d’une planète ou d’une lune. Elle présente des caractéristiques totalement inattendues. Mais elle est toujours ronde”.
À l’avenir, les scientifiques aimeraient analyser chaque point chaud plus en détail afin d’avoir une idée encore plus précise de leurs températures, a déclaré Lithgow-Bertelloni. Ils souhaitent également réaliser davantage de simulations informatiques pour tester différents scénarios de points chauds froids, a-t-elle ajouté.
Les chercheurs ont détaillé leurs conclusions dans le numéro du 7 janvier de la revue “The Journal”. Science.
Référence : “On the relative temperatures of Earth’s volcanic hotspots and mid-ocean ridges” par Xiyuan Bao, Carolina R. Lithgow-Bertelloni, Matthew G. Jackson et Barbara Romanowicz, Science.
DOI : 10.1126/science.abj8944