Une collaboration internationale de recherche a exploité un pouvoir de supercalcul pour mieux comprendre comment des dalles massives de planchers d'océan antiques sont façonnées alors qu'ils coulent des centaines de kilomètres sous la surface de la Terre.
Des modèles informatiques sophistiqués développés par des chercheurs au Royaume-Uni, en Suisse et aux États-Unis ont jeté une nouvelle lumière sur les interactions physiques complexes qui régissent le glissement et le naufrage de l'ancien plancher océanique, également appelée dalles subduites, à travers le manteau de la Terre, un processus connu sous le nom de subduction.
Des chercheurs de l'Université de Glasgow ont dirigé l'étude. Leur article, « Le rôle de la plaque primordiale et de la structure de viscosité du manteau sur la morphologie profonde de la dalle », est publié dans Géochimie, géophysique, géosystèmes.
Les résultats de l'équipe aident à expliquer comment les conditions à un point critique du manteau et les forces de l'assiette au-dessus des zones de subduction déterminent comment ces dalles anciennes sont transportées à travers la Terre.
Des recherches antérieures utilisant la tomographie sismique pour s'imaginer au plus profond de la planète ont montré que certaines dalles subduites s'aplatissent à 660 km, tandis que d'autres continuent de percer le manteau inférieur à des profondeurs au-delà de 1000 km pour finalement atteindre la frontière du mantle de base.
À 660 km sous la surface de la Terre, le manteau subit ce que les scientifiques appellent la «transition de la phase endothermique», où un matériau non transformé dans le noyau froid de la dalle subduite résiste à son autre naufrage.
Ceci, ainsi qu'une augmentation générale de la rigidité dans le manteau à des profondeurs entre 660 et 1 000 km et plus profondément, rendent plus difficile pour la dalle subduite pour continuer son voyage en avant.
La modélisation de l'équipe démontre que si la dalle peut poursuivre son voyage vers la frontière du noyau du manteau est influencée à la fois par le fait que, à la surface, la dalle coule sous une autre plaque océanique ou un continent et la profondeur spécifique à laquelle l'augmentation de la rigidité du manteau se produit.
Lorsqu'une plaque continentale épaisse se trouve au-dessus de la zone de subduction, et que le manteau devient plus résistant à une profondeur d'environ 1 000 km, les dalles de naufrage se détournent d'abord à 660 km, mais continuent ensuite plus profondément, formant une forme distinctive « étanche » similaire à un escalier.
En revanche, lorsqu'une plaque océanique plus mince se trouve au sommet de la zone de subduction, les dalles de naufrage ont tendance à s'aplatir à une profondeur de 660 km, quelle que soit la profondeur à laquelle la rigidité du manteau augmente.
Cela indique que la présence d'un continent à la surface de la zone de subduction fournit suffisamment de forçage supplémentaire pour la dalle subduite pour surmonter la résistance à son naufrage fourni par les minéraux non transformés en profondeur.
Le Dr Antoniette Greta Grima de l'école des sciences géographiques et de la terre de l'Université de Glasgow a dirigé la recherche et est l'auteur principal du journal. Elle a déclaré: « Les continents sur lesquels nous vivons ne façonnent pas seulement les paysages que nous voyons autour de nous, mais ils influencent également la façon dont le » moteur de la Terre « qui passe profondément sous la surface fonctionne alors que les plaques océaniques sont tirées dans l'intérieur de la Terre sur des millions d'années.
« Enquêter sur la façon dont la relation entre l'intérieur et l'extérieur de la planète fonctionne nous aide à mieux comprendre pourquoi certaines régions sur Terre sont plus sujettes à de puissants tremblements de terre et des éruptions volcaniques que d'autres, régies par cette relation entre la surface et les propriétés de la Terre profonde. »
L'équipe a utilisé l'archer du supercalculateur britannique pour exécuter des modèles bidimensionnels montrant à quel point les vieilles plaques océaniques subduites froides sont froides sont façonnées à la fois par la structure du manteau de la Terre et par les propriétés de surface aux zones de subduction.
Une métrique clé qui guide la prédiction du modèle est le «rapport de flexion de la dalle», un nouveau concept développé par le Dr Grima, qui aide à quantifier le comportement d'une dalle de sous-produits et aide à déterminer si cela s'aplatira autour de 660 km ou continue de percer plus bas.
Les résultats du modèle s'alignaient étroitement sur ce que les géologues savent déjà sur deux dalles situées en dessous de l'Amérique du Sud et de l'Asie.
En Amérique du Sud, la dalle de Nazca sous le Pérou plonge d'une manière « étagée », une signature de l'influence continentale. Pendant ce temps, la dalle d'Izu-Bonin près du Japon s'approche en profondeur, comme prévu pour la subduction d'une plaque océanique sous une autre assiette océanique.
Le Dr Grima a ajouté: « Dans les milieux médicaux, nous utilisons des techniques telles que des rayons X ou des scans CT pour regarder à l'intérieur des corps. En géologie, nous pouvons utiliser des modèles de tomographie sismique pour paraître profondément à l'intérieur de la Terre en créant des images en fonction de la façon dont les vibrations des tremblements de terre sont absorbées et réfléchies par les densités différentes de matériaux des centaines de kilomètres sous nos pieds.
« Nos modèles ne reproduisent pas seulement ce que nous voyons dans les tomographies sismiques, ils l'expliquent. Ils montrent que la surface de la Terre assise au-dessus d'une zone de subduction peut fortement influencer ce qui se passe des milliers de kilomètres en dessous. Où les continents déboursent une dalle, leur épaisseur et leur force aident à entraîner la profondeur de la dalle dans le manteau, en dessous de 1000 km.
« Lorsque seules les plaques océaniques sont impliquées, les dalles s'aplatissent à la place. Cela révèle un lien direct entre la surface de la Terre et la façon dont son manteau intérieur résiste à l'écoulement, une connexion qui façonne le fonctionnement de la Terre et celui que les scientifiques ont longtemps cherché à comprendre. »
Des chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles aux États-Unis et de la conception de l'entretien et de l'Institut international des sciences de l'espace en Suisse ont contribué à la recherche et ont co-écrit le journal.
