Découverte sur la topographie de l'Atlantique Nord

Une étude du GEOTOP publiée dans PNAS révèle le rôle d'un puissant panache chaud sous les Açores pendant le Paléocène.

27 Juin 2019 à 11H13

Panorama des falaises de l'île São Miguel dans les Açores (Portugal).
Photo: Getty Images

Les résultats d'une étude financée par le CRSNG et menée au Centre de recherche sur la dynamique du système Terre (GEOTOP) de l'UQAM ont été publiés récemment dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). «Nous présentons la première reconstruction – cohérente avec les principes de la géodynamique et de la thermodynamique – et l'évolution depuis 70 millions d'années de deux masses profondes de roches chaudes, appelées panaches, s'élevant sous le Groenland et les Açores», explique le professeur associé du Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère Alessandro M. Forte. Ce dernier est cosignataire de l'article avec le diplômé et chercheur associé au GEOTOP Petar Glišović (Ph.D. sciences de la Terre et de l'atmosphère, 2012), qui en est le premier auteur.

Leur étude comporte des cartes détaillées montrant comment ces doubles panaches chauds ont été à l'origine des sources de magma et des changements de topographie de la province ignée nord-atlantique (acronyme en anglais: NAIP) – une vaste région couvrant l'ensemble du nord ainsi qu'une bonne partie des îles localisées dans la partie nord-est de l'océan Atlantique. «À ce jour, la vaste majorité des interprétations et des modèles géodynamiques publiés à propos de la NAIP se concentraient sur un panache hypothétique dans le manteau sous l’Islande, souligne Alessandro M. Forte. Cette focalisation a été largement motivée par une communauté active et influente de géoscientifiques, surtout britanniques, qui ont principalement travaillé sur les roches sédimentaires marines sous la Mer du Nord, autour du Royaume-Uni et au large des côtes norvégiennes et du Groenland. Ces chercheurs considéraient qu'un seul panache sous l'Islande était suffisant.»

Le débat sur l'origine de la NAIP dure depuis trois décennies. «Dans les travaux que nous venons de publier, nous montrons que cette focalisation unique sur l'Islande est trop restrictive et que les études antérieures ont négligé le rôle d'un puissant panache chaud sous les Açores pendant le Paléocène [NDLR: de 66 à 56 millions d'années).»

Réchauffement planétaire

Il y a 56 millions d'années, la Terre a connu une période de réchauffement planétaire rapide, parallèlement à l'émission massive de CO2 dans l'atmosphère et les océans. Cette période, que les géologues ont appelée Maximum Thermique Paléocène-Éocène (acronyme anglais PETM), est désormais considérée comme un modèle possible ou analogue au réchauffement climatique actuel. «On estime que la température moyenne mondiale a augmenté d’environ 5° C pendant le PETM, qui est considéré comme le plus grand événement de réchauffement de la planète depuis 70 millions d’années, fortement corrélé à une importante libération de gaz à effet de serre, explique le chercheur. Or, des estimations récentes suggèrent que les émissions actuelles de carbone d'origine humaine pourraient dépasser par un facteur de 10 celles du PETM.»

D’où venaient les quantités massives de carbone injectées dans l'atmosphère et les océans lors du PETM? «Une hypothèse est que des intrusions massives de magma chaud dans des roches contenant de grandes quantités de matière organique, riche en carbone, ont libéré les énormes quantités de méthane et de CO2 qui ont déclenché le réchauffement planétaire», explique Alessandro M. Forte. De telles intrusions de magma se seraient produites lors de la distension continentale (rifting) de la croûte terrestre, qui a généré une activité volcanique intense et l’ouverture de l’océan Atlantique Nord, il y a environ 65 millions d’années. «Les données géologiques recueillies aux abords de l’Atlantique Nord suggèrent que cette région a connu, il y a entre 65 et 50 millions d’années, une activité volcanique étendue, avec des coulées de lave très importantes, et des remontées verticales de grandes portions de la surface de la Terre, à la fois sur terre et sous l’eau», poursuit le chercheur.

Un modèle de convection inversé dans le temps

Les causes de ce bouleversement géologique sont difficiles à déterminer car très peu d'informations sont disponibles sur ce qui s'est passé au plus profond de la Terre il y a si longtemps. «Les sismologues ont mis au point des techniques ingénieuses pour cartographier les régions anormalement chaudes de la Terre rocheuse, mais leurs cartes ne sont valables que pour la Terre d'aujourd'hui», note le professeur.

Comment construire des cartes pour l'intérieur de la Terre d’il y a plus de 50 millions d'années? «Nous avons réalisé des simulations globales de la convection thermique – le processus par lequel la chaleur est transportée par le mouvement de la matière à l'intérieur d'un fluide – dans le manteau rocheux de la Terre. Avec des méthodes informatiques et mathématiques de pointe, nous avons "inversé" cette convection dans le temps, ce qui nous a permis de déterminer, à partir des modèles sismiques des emplacements actuels, le mouvement ascendant des roches exceptionnellement chaudes sous l'Atlantique Nord il y a plus de 50 millions d'années.»

Alessandro M. Forte et son collègue Petar Glišović ont pu générer, pour la première fois, des cartes détaillées de la fusion de ces roches chaudes pour former du magma sous le jeune océan nord-Atlantique, ainsi que des zones où la surface de la Terre a été poussée vers le haut, à des centaines de mètres, sur ces régions de roches chaudes. «La découverte de deux panaches, un sous le Groenland et un autre sous les Açores, qui étaient tous les deux actifs pendant le Paléocène, contribuera à la résolution du débat de longue date sur l’origine de la NAIP, estime Alessandro M. Forte. La possibilité de reconstituer en détail les modifications de la topographie et de la production de magma dans l’Atlantique Nord, à l’aide d’un modèle de convection inversé dans le temps, constitue une avancée majeure dans la compréhension de l’origine géodynamique et de la chronologie des événements qui ont conduit au Maximum Thermique Paléocène-Éocène.»

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