Des sources chaudes révèlent l’endroit où les plaques continentales se heurtent sous le Tibet – Des théories longtemps débattues sont démenties.

Source chaude dans le champ géothermique de Mangra, au sud du Tibet

La photo montre un chaudron d’eau presque bouillante qui jaillit en permanence. Il s’agit de l’une des douze sources d’un champ géothermique de 10 acres à Mangra, dans le sud du Tibet. La géochimie des isotopes de l’hélium montre qu’il se trouve au-dessus du bord nord de la plaque indienne, à 80 km de profondeur, où l’Inde pousse la croûte asiatique pour former l’Himalaya et le plateau tibétain. Crédit : Ping Zhao

En analysant la chimie de plus de 200 sources géothermiques, les chercheurs ont identifié l’endroit où la plaque indienne se termine sous le Tibet, démystifiant ainsi certaines théories longtemps débattues sur le processus de collision continentale.

Dans l’exemple classique de la construction de montagnes, les plaques continentales indienne et asiatique se sont entrechoquées – et continuent de le faire aujourd’hui – pour former les structures géologiques les plus grandes et les plus hautes du monde : les montagnes de l’Himalaya et le plateau tibétain.

Malgré l’importance de ces formations, qui influencent le climat mondial par la circulation atmosphérique et les moussons saisonnières, les experts ont proposé des théories contradictoires sur la façon dont les plaques tectoniques situées sous la surface ont créé ces mastodontes emblématiques. Aujourd’hui, à l’aide de données géochimiques provenant de 225 sources chaudes, les scientifiques ont cartographié la limite entre les plaques continentales indienne et asiatique, mettant en lumière les processus qui se produisent en profondeur. Les résultats, qui ont des implications pour la formation des minéraux, sont publiés dans le numéro actuel de Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Un des principaux débats parmi les géologues est de savoir si la collision continentale ressemble ou non à une collision océanique”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Simon Klemperer, professeur de géophysique à l’école des sciences de la Terre, de l’énergie & ; de l’environnement de Stanford (Stanford Earth). “Parce qu’il y a trop peu de mesures, la sismologie ne nous donnait pas la réponse – c’est pourquoi je me suis lancé dans la géochimie comme moyen totalement différent de mesurer les choses.”

La plaque indienne entre en collision avec la plaque asiatique Carte

Cette carte montre la plaque indienne entrant en collision avec la plaque asiatique sous l’Himalaya et le Tibet. Les points jaunes localisent les sources chaudes dont la signature isotopique de l’hélium montre que le gaz provient du manteau chaud, où se trouve la plaque asiatique dans le sous-sol. Les points bleus représentent la plaque indienne, plus froide. La fine ligne blanche continue se trouve directement au-dessus de la frontière séparant les échantillons de la plaque indienne de ceux de la plaque asiatique. Crédit : Simon Klemperer et al.

Simon Klemperer a passé la majeure partie de la décennie à voyager au Tibet et en Inde pour collecter des échantillons afin d’étayer sa théorie selon laquelle les produits chimiques qui remontent à la surface pourraient être utilisés pour comprendre ce qui se passe à 80 km de profondeur. Lui et ses collègues ont traqué des sources géothermiques éloignées sur des centaines de kilomètres à travers les montagnes et les plateaux, soit environ la distance entre le Canada et le Mexique dans l’ouest des États-Unis.

En utilisant le gaz noble hélium, qui ne réagit pas avec d’autres produits chimiques, les auteurs de l’étude ont déterminé quelles sources provenaient de chaque plaque continentale. Une signature isotopique de l’hélium a révélé que le gaz provenait du manteau chaud – la plaque asiatique – tandis qu’une signature différente indiquait la plaque indienne, beaucoup plus froide. Les recherches montrent que la plaque la plus froide n’est détectée qu’au sud, sous l’Himalaya, tandis que plus au nord, l’Inde ne touche plus le Tibet au-dessus d’elle – elle en est séparée par un coin de manteau chaud. Les résultats indiquent qu’une ancienne théorie selon laquelle la plaque indienne est plate sous le Tibet n’est plus tenable.

“Il est étonnant que nous ayons maintenant cette frontière remarquablement bien définie, large de quelques kilomètres seulement à la surface, au-dessus d’une frontière de plaque profonde de 100 kilomètres”, a déclaré Klemperer.

Subduction vs. collision

Dans le cas de la subduction océanique, les matériaux du sous-sol sont recyclés dans le manteau terrestre lorsque la plaque plus froide et plus lourde plonge sous une plaque continentale et s’enfonce. Ce processus se produit dans des zones telles que le cercle de feu, connu pour ses fréquents tremblements de terre et ses volcans actifs.

Dans le cas de la collision continentale, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la subduction de la croûte océanique a rapproché les deux continents jusqu’à ce qu’ils entrent en collision, fermant ainsi la zone de subduction pour que la formation de montagnes puisse se produire. Cette preuve de la présence de la frontière continentale sous le Tibet introduit la possibilité que la croûte continentale libère des fluides et fonde – tout comme cela se produirait dans la subduction océanique.

“Cela signifie que nous ne devrions pas considérer la collision continentale et la subduction océanique comme deux choses différentes – nous devrions les considérer comme la même chose avec des saveurs quelque peu différentes, car géométriquement, elles se ressemblent”.Klemperer a dit.

Changement de mer tectonique

Dans les années 1960, la théorie de la tectonique des plaques a révolutionné les sciences de la Terre en expliquant comment les plaques géologiques s’écartent et s’imbriquent les unes dans les autres, provoquant la formation de montagnes, des éruptions volcaniques et des tremblements de terre. Mais les chercheurs ne savent pas vraiment pourquoi les plaques bougent comme elles le font.

Klemperer a déclaré que les nouvelles découvertes ajoutent un élément important de compréhension, avec des ramifications potentielles sur ce qui contrôle la convection qui entraîne la tectonique des plaques. Même s’il s’agit d’une collision continentale, la plaque indienne qui plonge dans le manteau aide à contrôler le modèle de convection – cela change la façon dont nous comprenons comment les éléments et les types de roches sont distribués et redistribués sur la Terre, a-t-il dit.

L’étude s’appuie sur des recherches antérieures dans lesquelles Klemperer et ses collègues ont… ont imagé la zone de collision de l’Himalaya à l’aide de données sismiques et ont découvert que lorsque la plaque tectonique indienne se déplace vers le sud, la partie la plus épaisse et la plus forte de la plaque plonge sous le plateau tibétain et provoque des déchirures dans la plaque indienne. Ces déchirures se trouvaient au même endroit que les flux d’hélium dans les sources chaudes.

“Nous voyons les mêmes processus à travers ces différentes lentilles, et nous devons trouver comment les assembler”, a ajouté Klemperer.

Implications minérales

Depuis que les Espagnols ont conquis l’Amérique du Sud à la recherche d’or, les civilisations connaissent l’existence de riches gisements de minéraux dans des endroits comme la Cordillère des Andes, qui fait partie du cercle de feu. Plus récemment, le sud du Tibet a également été reconnu comme une riche province minérale, avec des gisements d’or, de cuivre, de plomb, de zinc et autres, difficiles à expliquer en utilisant uniquement les anciens modèles de collision continentale.

“Les plus grands gisements de cuivre se trouvent dans des granites produits par la fusion du coin mantellique chaud – cela ne devrait pas se produire dans une collision continentale si elle ressemble à l’ancien modèle, mais nous savons que cela s’est produit parce que nous avons tous ces minéraux au Tibet”, a déclaré Klemperer. “Notre travail nous renseigne sur la tectonique à grande échelle de la collision continentale et suggère que nous pourrions nous attendre à voir le même type de dépôts minéraux dans les environnements de collision continentale que dans les environnements de subduction océanique.”

En tant que seule collision continentale active sur notre planète, l’Himalaya et le Tibet offrent également un aperçu de la façon dont d’autres chaînes de montagnes se sont formées dans le passé et pourraient se former à l’avenir.

“L’Australie commence tout juste à entrer en collision avec le bloc indonésien – c’est une collision continentale qui commence à se produire”, a déclaré Klemperer. “Le Tibet est l’exemple type à résoudre et nous espérons que c’est une analogie pour partout ailleurs sur la façon dont cela se passe sur Terre”.

Référence : Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2113877119

Klemperer est également professeur, par courtoisie, de sciences géologiques. Tianze Liu, qui a travaillé sur le projet en tant que doctorant à Stanford, est co-auteur de l’étude. Les autres co-auteurs sont issus du Académie chinoise des sciences, L’Université d’État de l’Ohio, l’Université du Nouveau-Mexique et la Scripps Institution of Oceanography.

Cette recherche a été soutenue par des subventions de la National Science Foundation, du Second Tibetan Plateau Scientific Exploration and Research Program, du Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, de National Geographic et du Stanford International Office.

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