Une clé dans le moteur de la Terre

Des chercheurs du CU Boulder ont déclaré avoir peut-être résolu un mystère géophysique en identifiant la cause probable d'un phénomène qui ressemble à une clé dans le moteur de la planète.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans Nature Géoscience, l’équipe a exploré la physique des "dalles stagnantes". Ces étrangetés géophysiques se forment lorsque d’énormes morceaux de plaques océaniques de la Terre sont enfoncés dans les profondeurs de certaines plaques continentales. Les morceaux s'enfoncent à l'intérieur de la planète sur des centaines de kilomètres jusqu'à ce qu'ils s'arrêtent soudainement – et pour des raisons que les scientifiques ne peuvent pas expliquer – s'arrêtent comme une voiture en panne.

Wei Mao et Shijie Zhong, de CU Boulder, ont peut-être trouvé la raison de cet arrêt. À l'aide de simulations informatiques, les chercheurs ont examiné une série de dalles stagnantes dans l'océan Pacifique, près du Japon et des Philippines. Ils ont découvert que ces roches froides semblaient glisser sur une fine couche de matériau fragile se trouvant à la limite du manteau supérieur et inférieur de la planète, à environ 660 kilomètres sous la surface.

Et l'arrêt est probablement temporaire: "Bien que nous voyions ces dalles stagner, il s'agit d'un phénomène assez récent, probablement dans les 20 derniers millions d'années", a déclaré Zhong, co-auteur de la nouvelle étude et professeur au département de CU Boulder. de la physique.

Les résultats sont importants pour la tectonique et le volcanisme à la surface de la Terre. Zhong a expliqué que le manteau de la planète, situé au-dessus du noyau, génère de grandes quantités de chaleur. Pour refroidir le globe, des roches plus chaudes montent à travers le manteau et des roches plus froides coulent.

"Vous pouvez penser à cette convection dans le manteau comme un gros moteur qui entraîne tout ce que nous voyons sur la surface de la Terre: tremblements de terre, construction de montagnes, tectonique des plaques, volcans et même le champ magnétique terrestre", a déclaré Zhong.

L’existence de dalles stagnantes, que les géophysiciens ont découvertes pour la première fois il ya une dizaine d’années, complique toutefois cette métaphore, suggérant que le moteur de la Terre pourrait s’arrêter dans certaines zones. Cela, à son tour, pourrait changer la façon dont les scientifiques pensent que diverses caractéristiques, telles que les volcans en ruine de l'Asie de l'Est, se forment au cours du temps géologique.

Les scientifiques ont principalement localisé ces dalles dans l'ouest de l'océan Pacifique, en particulier au large de la côte est du Japon et au fond de la fosse des Mariannes. Ils se produisent sur les sites de zones de subduction ou de zones où les plaques océaniques à la surface de la planète s'enfoncent à des centaines de kilomètres sous terre.

Les géomorphistes s’attendent à ce que les dalles observées sur des sites similaires en Amérique du Nord et du Sud se comportent de la manière suivante: elles plongent dans le manteau supérieur de la Terre et dans le manteau inférieur où elles se réchauffent près du cœur.

Mais autour de l'Asie, "ils ne descendent tout simplement pas", a déclaré Zhong. Au lieu de cela, les dalles se sont étendues horizontalement près de la limite entre le manteau supérieur et le manteau inférieur, un point auquel la chaleur et la pression à l'intérieur de la Terre provoquent le changement de minéraux d'une phase à une autre.

Pour découvrir pourquoi les dalles stagnent, Zhong et Mao, un étudiant diplômé en physique, ont développé des simulations réalistes du cycle de l'énergie et du rock sur toute la planète.

Ils ont découvert que le seul moyen d'expliquer le comportement des dalles stagnantes était de placer une mince couche de roche moins visqueuse entre les deux moitiés du manteau. Bien que personne n'ait observé directement une telle couche, les chercheurs ont prédit son existence en étudiant les effets de la chaleur et de la pression sur la roche.

Si tel est le cas, une telle couche agirait comme une flaque de graisse au milieu de la planète. "Si vous introduisez une couche faible à cette profondeur, la viscosité réduite aide à lubrifier la région", a déclaré Zhong. "Les dalles sont déviées et peuvent continuer sur une longue distance horizontalement."

Des dalles stagnantes semblent se trouver au large des côtes asiatiques, mais pas des Amériques, car le mouvement des continents au-dessus donne plus de place à ces morceaux de roche. Zhong, cependant, a déclaré qu'il ne pensait pas que les dalles resteraient bloquées. Avec le temps, il soupçonne qu'ils vont traverser la partie lisse du manteau et continuer leur plongée vers le centre de la planète.

En d'autres termes, la planète se comporterait toujours comme un moteur, avec seulement quelques points collants. "De nouvelles recherches suggèrent que l'histoire pourrait être plus compliquée que nous ne le pensions auparavant", a déclaré Zhong.