Des chercheurs, dont l’Université du Texas à Austin, ont publié une étude en La nature cela dit que les plaques tectoniques en subduction se segmentent comme un serpent mou, dans un processus similaire au boudinage géologique (photo) mais à une échelle beaucoup plus grande. Crédit : Haakon Fossen, Structural Geology/Cambridge University Press
La surface de notre monde est un fouillis de plaques tectoniques qui se bousculent, de nouvelles émergent alors que d’autres sont entraînées. Le cycle en cours maintient nos continents en mouvement et stimule la vie sur Terre. Mais que se passe-t-il lorsqu’une plaque disparaît à l’intérieur de la planète ?
La question a longtemps intrigué les scientifiques parce que la sagesse conventionnelle disait que les plaques tectoniques en train de couler doivent rester intactes pour continuer à tirer sur la partie derrière elle, mais selon les preuves géophysiques, elles sont détruites.
Or, dans une étude publiée récemment dans La nature, les scientifiques disent avoir trouvé une réponse qui réconcilie les deux histoires : les plaques sont considérablement affaiblies lorsqu’elles coulent, mais pas au point de se séparer complètement.
La découverte est intervenue après que les scientifiques ont fait passer les plaques tectoniques à travers un gant généré par ordinateur de forces géologiques destructrices. Le modèle a montré que lorsque la plaque pénètre dans le manteau, elle se plie brusquement vers le bas, faisant craquer son dos froid et cassant. Dans le même temps, la flexion modifie la structure du grain fin de la roche le long de son ventre, la laissant affaiblie. Combinées, les contraintes pincent la plaque le long de ses points faibles, la laissant en grande partie intacte mais segmentée comme un serpent moulant.
Cela signifie que la plaque continue d’être tirée vers le bas même si elle est pliée et déformée.
Les chercheurs ont fait passer les plaques tectoniques en train de couler à travers un gant simulé de forces géologiques destructrices. Ce n’est que lorsque toutes les forces ont été incluses que la plaque s’est comportée d’une manière qui correspond aux preuves géophysiques de la surface. Crédits : Taras Gerya, David Bercovici, Thorsten Becker/Springer Nature
Selon les chercheurs, le modèle a prédit un scénario qui correspond aux observations du Japon. Des études sur la région où la plaque tectonique du Pacifique plonge – ou subducts – sous le Japon ont révélé de grandes fissures où la plaque se plie vers le bas, et elles ont montré des signes de matériau plus faible en dessous. L’imagerie sismique profonde menée par l’Université du Texas à Steve Grand d’Austin a également révélé des formes tectoniques dans le manteau terrestre sous le Japon qui semblent correspondre étroitement au serpent slinky du modèle.
Le co-auteur Thorsten Becker, professeur à la Jackson School of Geosciences de l’UT, a déclaré que l’étude ne clôt pas nécessairement le livre sur ce qui arrive aux plaques de subduction, mais elle donne certainement un argument convaincant pour expliquer plusieurs processus géologiques importants.
« C’est un exemple de la puissance des géosciences computationnelles », a déclaré Becker, qui a contribué au développement du modèle et est professeur associé à l’Institut d’Oden pour l’ingénierie et les sciences informatiques de l’UT. «Nous avons combiné ces deux processus que la géologie et la mécanique des roches nous disent se produire, et nous avons appris quelque chose sur la physique générale du fonctionnement de la Terre à laquelle nous ne nous attendions pas. En tant que physicien, je trouve cela excitant.
L’auteur principal de l’étude, Taras Gerya, professeur de géophysique à l’ETH Zurich, a ajouté que jusqu’à présent, les géophysiciens n’avaient pas expliqué de manière complète comment les plaques tectoniques se plient sans se casser.
Les choses sont devenues intéressantes lorsque les chercheurs ont effectué leurs simulations avec un intérieur plus chaud, similaire à celui de la Terre primitive. Dans ces simulations, les segments de serpents tectoniques n’ont franchi que quelques kilomètres dans le manteau avant de se rompre. Cela signifie que la subduction se serait produite par intermittence, ce qui soulève la possibilité que la tectonique des plaques moderne n’ait commencé qu’au cours du dernier milliard d’années.
“Personnellement, je pense qu’il y a beaucoup de bons arguments pour que la tectonique des plaques soit beaucoup plus ancienne”, a déclaré Becker, “mais le mécanisme révélé par notre modèle suggère que les choses pourraient être plus sensibles à la température du manteau que nous le pensions, et cela, Je pense que cela pourrait conduire à de nouvelles pistes de discussion intéressantes.
Becker et Gerya ont été rejoints par David Bercovici, géophysicien à Université de Yale dont l’enquête sur la façon dont les grains de roche sont altérés dans le manteau profond a contribué à motiver la recherche. L’étude est basée sur un modèle informatique bidimensionnel de la tectonique des plaques intégrant les recherches de Bercovici sur la déformation des roches et d’autres mécanismes d’affaiblissement des plaques. Les chercheurs étudient maintenant les phénomènes à l’aide de modèles 3D et prévoient d’étudier ce que ces modèles peuvent leur dire sur l’occurrence des tremblements de terre.
Référence : « Dynamic dalle segmentation due to brittle–ductile damage in the external rise » par TV Gerya, D. Bercovici et TW Becker, 10 novembre 2021, La nature.
DOI : 10.1038/s41586-021-03937-x
La recherche a été financée par des subventions du Fonds national suisse de la recherche scientifique, de l’ETH Zurich et de la Fondation nationale des États-Unis pour la science. Les simulations ont été réalisées sur des clusters de calcul haute performance à l’ETH Zurich.
