Les ondes manteau soulèvent les continents vers le haut et les ornent de diamants

Pendant des milliards d'années, les continents ont navigué à la surface de la Terre comme des vaisseaux tectoniques, mais ils n'ont pas survécu indemnes. Des ondes dans la couche sous-jacente appelée le manteau peuvent éroder les quilles des continents, faisant remonter leur surface pour former des reliefs notables loin de toute limite de plaque tectonique active, proposent les chercheurs dans le numéro du 8 août de Nature. L'étude fournit un récit d'origine plausible pour les plateaux énigmatiques qui dépassent des paysages géologiquement calmes.

Les chercheurs ont "pu étendre et relier ensemble des processus dont nous avons spéculé pendant longtemps", déclare le géologue David Foster de l'Université de Floride à Gainesville. L'étude s'appuie sur des recherches publiées l'année dernière, qui suggéraient que les ondes de manteau déclenchaient également des éruptions de magmas porteurs de diamants appelés kimberlites.

Au cœur de cette histoire se trouvent les cratons, de grands blocs de roche principalement cristalline qui occupent généralement l'intérieur des continents. Ce sont les fragments les plus anciens de la croûte terrestre, beaucoup d'entre eux ayant été formés il y a plus de 2,5 milliards d'années, pendant l'éon archéen. Une grande partie de la croûte qui existait autrefois sur Terre a été détruite dans les zones de subduction, où une plaque tectonique plonge sous une autre dans le manteau. Les cratons, cependant, ont échappé à ce sort.

Les cratons doivent leur longévité à leurs racines, ou quilles, explique Foster. Les cratons sont beaucoup plus épais que la croûte continentale environnante, avec des quilles pouvant s'étendre sur des centaines de kilomètres dans le manteau. Les quilles sont relativement bouyantes, aidant ainsi à maintenir les cratons à flot et intacts tandis que d'autres parties de la croûte sont subduites.

Mais quelque chose à propos des cratons a longtemps intrigué les géologues. Certains, comme le craton du Kaapvaal en Afrique du Sud, sont surmontés de vastes plateaux bordés d'escarpements dramatiques. Mais les cratons sont censés être stables et souvent situés loin de l'activité tectonique de soulèvement des terres qui se produit aux limites des plaques. Alors, qu'est-ce qui a élevé ces plateaux ?

Certaines études ont proposé que les reliefs sont apparus lorsque le craton est passé au-dessus d'un grand panache de matériau remontant des profondeurs du manteau. Mais le registre géologique ne semble pas soutenir cette explication, déclare le géoscientifique Thomas Gernon de l'Université de Southampton en Angleterre.

Ainsi, Gernon et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques pour suivre l'évolution d'une rift ouverte au milieu d'un continent. Ils ont constaté que des changements de pression sous la rift ont agité les circulations dans le manteau, excitant une onde se propageant latéralement sous un continent d'environ 20 kilomètres tous les millions d'années.

Lorsque l'onde a rencontré la quille d'un craton dans la simulation, elle a écorché et emporté du matériel dans le manteau. Cela a progressivement délesté le continent, faisant remonter la surface sus-jacente comme un navire déchargé. Cet soulèvement suivait les ondes du manteau sur des centaines de kilomètres à travers le craton, créant un plateau stable d'environ un à deux kilomètres de hauteur, explique Gernon. Et alors que ces régions surélevées étaient érodées par le vent et l'eau, la surface s'est encore élevée.

Les rifts continentaux peuvent déclencher des ondes dans le manteau sous-jacent qui élèvent la croûte et construisent un plateau étendu. Cliquez sur le diaporama ci-dessous pour voir comment cela se produit. Dans chaque illustration, le continent est divisé en sa croûte supérieure, sa croûte inférieure et ses couches lithosphériques continentales ainsi qu'une couche limite thermique relativement instable. Sous le continent se trouve l'asthénosphère, la couche supérieure ductile du manteau terrestre.

Comment les ondes du manteau élèvent la surface terrestre pour former de vastes plateaux

Les chercheurs ont également relié leurs simulations aux données géologiques. À partir de recherches précédemment publiées, ils ont extrait des données géochimiques de roches du plateau d'Afrique australe, enregistrant l'histoire thermique du plateau. Les données ont montré que les taux de refroidissement les plus rapides - un indicateur du moment où les roches étaient soulevées le plus rapidement - ont balayé le plateau à une vitesse qui correspondait à la migration d'une onde du manteau.

L'étude relie de nombreuses hypothèses disparates, déclare la géophysicienne Cynthia Ebinger de l'Université Tulane à la Nouvelle-Orléans. Les scientifiques avaient précédemment lié le rift au volcanisme kimberlitique et montré que les quilles de craton pouvaient être écoriées par du matériau circulant dans le manteau. Mais jusqu'à présent, personne n'avait relié ces éléments à la topographie énigmatique des cratons.

"Ces fragments archéens contrôlent toujours des aspects de la tectonique des plaques", déclare Ebinger. "Cette période précoce de l'histoire de la Terre est toujours très importante."