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Panaches et supercontinent

L’histoire de la Terre est marquée par des cycles de construction puis destruction de supercontinents, le tout orchestré par une dynamique profonde. Ces mêmes supercontinents ont profondément modifié l’évolution du climat et le cours de la vie sur Terre. Mais quel impact thermique ont-ils eu sur les sphères profondes de notre planète ? Une étude, à paraitre dans la revueAmerican Mineralogistet pilotée par des chercheurs du GET, apporte pour la première fois une vision globale de l’histoire magmatique de la Pangée, le dernier supercontinent.

 

 

Géodynamique chimique

 

L’étude des roches volcaniques a fourni depuis près d’un siècle une masse considérable de données, utiles à tous les domaines des Sciences de la Terre. Dans le monde de la pétrologie magmatique, de nombreux essais d’interprétation de ces données ont été tentés en rapport avec les cycles géodynamiques globaux (cycles de Wilson, assemblage et démantèlement de supercontinents). Au cœur de cettegéodynamique chimique, le concept du point chaud est devenu un incontournable pour expliquer la production de magma au cœur des continents. Ce concept rend compte avec succès (ou raison) d’un certain nombre d’observations, tel le volcanisme des chaînes d'îles océaniques, les bombements lithosphériques au cœur des océans, les essaims de dykes ou encore l’empilement et l’agencement des grandes séquences volcaniques. La notion de superplume mantellique est maintenant considérée comme un mécanisme majeur des cycles wilsoniens, capable de fracturer un supercontinent en l’affaiblissant thermiquement.

Pourtant, au cours des années 80, une question en apparence triviale s’est posée, ébranlant le paradigme du plume : un supercontinent peut-il se comporter comme un couvercle de cocotte-minute isolant et générer un phénomène de chauffe dans le manteau sous-jacent, produisant de facto un magmatisme intraplaque pouvant conduire à la rupture de la carapace?  Nul besoin alors  d’instabilités profondes pour générer des anomalies thermiques en surface…la modélisation numérique a très vite confirmé cette hypothèse mais aucune donnée pétrologique n’est venue en renfort de ce modèle. Rien d’étonnant à cela, car se pose ici un problème d’échelle. Le géodynamicien travaille à l’échelle des plaques continentales alors que le pétrographe concentrera son étude sur un système volcanique pour en comprendre la mécanique interne. Comment rendre compatible des échelles si différentes ?  Quelles informations échantillonner en pétrologie et surtout comment croiser ces informations avec celle de la géodynamique ?

 

 

Un supercontinent en chauffe

 

Pour résoudre ce problème d’échelle, nous avons construit une base de données couplant la composition chimique des roches et de leurs minéraux associées (source Georoc) pour en tirer des informations sur l’histoire de la température des magmas (16 millions de métadonnées disponibles). Les données montrent qu’au cours des 600 derniers millions d’années, les systèmes magmatiques continentaux ont enregistré une augmentation puis une baisse progressive de température. Cette évolution séculaire se superpose parfaitement à l’histoire tectonique de la Pangée, attestant d’un contrôle de surface sur la montée en température du manteau sous continental et celui de ses magmas. Les données montrent également que le morcellement de ce supercontinent, à partir de 200 Ma, a provoqué le refroidissement du manteau sous continental d’environ 100°C. Ce refroidissement s’est exprimé de façon diachrone dans le signal magmatique, débutant par les séries les plus différenciées, formées ou évoluant dans les parties supérieures de la lithosphère, et se propageant aux termes les moins évolués, issus de la fusion du manteau convectif ou de sa base lithosphérique.

 

 

Epilogue

 

Ces résultats illustrent l’intérêt de la pétrologie statistique pour répondre à des problématiques globales. En 2009, d’autres auteurs soulignaient déjà la nécessité de traiter globalement le signal magmatique lorsqu’on s’attaque à des problèmes géodynamiques. Dans le contexte géodynamique du démantèlement de la Pangée, l'étude indépendante des différents districts volcanique peu représenter une vision étriquée des choses. La focalisation sur un district peut rendre la théorie du point chaud attrayante. Quand on s’attaque au problème d’un point de vue global en démultipliant le nombre de données, cette théorie s'avère beaucoup moins convaincante. Les magmas issus d'une source peu profonde et liés à des processus purement tectoniques jouent un rôle probablement plus important que l'on ne pense, surtout lors de périodes de réajustements tectoniques majeurs. Il serait important de prendre en compte cette nouvelle contribution au même titre que les modèles classiques de plume mantellique, pour expliquer la production magmatique en dehors des rides médio-océaniques et des zones de subduction.

 

Ce travail laisse aussi en suspens un très grand nombre de questions, interrogeant d’autres champs disciplinaires. Quelle a été l’empreinte thermique du magmatisme sur l’évolution métamorphique de la croûte continentale ? de-même, quelle fut la réponse mécanique des chaînes de montagne à cette perturbation thermique prolongée et de grande ampleur ? Et surtout, quel impact a eu cette thermicité profonde sur les sphères externes du globe et sur l’évolution du vivant ? 

 

Référence:

Ganne, J., Feng, X.,  Rey, P. F.,  De Andrade, V. (2016). Statistical petrology reveals a link between supercontinents cycle and mantle global climate. American Mineralogist, 101, 2768-2773.

 

Contact:

Jérôme Ganne

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