Nous savons que le sol sur lequel nous marchons est constitué de roche solide (sauf si nous nous égarons dans une parcelle de sables mouvants…). Mais qu’en est-il des couches de la Terre un peu plus profondes sous nos pieds ?
L’intérieur de la Terre est constitué de plusieurs couches. La surface de la planète, où nous vivons, est appelée la croûte – c’est en fait une couche très fine, d’une profondeur de seulement 70 kilomètres à son point le plus épais. La croûte et la lithosphère qui se trouve en dessous (la croûte plus le manteau supérieur) sont constituées de plusieurs « plaques tectoniques ». Celles-ci se déplacent lentement à la surface de la planète, et la plupart des volcans et des tremblements de terre de la Terre se produisent aux frontières entre les plaques tectoniques.
Peu profondément au centre de la planète se trouve le « noyau interne », dont on pense qu’il est constitué de fer et de nickel solides. Il est entouré par le « noyau externe », qui est également constitué de fer et de nickel, mais qui est fondu. Les courants de convection dans le noyau externe créent le champ magnétique de la Terre.
Et entre le noyau externe et la croûte se trouve le manteau, qui, avec une épaisseur d’environ 2 900 kilomètres, représente la majeure partie (environ 84 % en volume) de la planète. Transportant la chaleur interne de la Terre vers la surface, le manteau en convection rampe comme le goudron par une journée chaude. Ce renversement est le « moteur » de notre Terre dynamique. C’est ce qui rend la géologie de notre planète si intéressante, car il permet le mouvement des plaques tectoniques. Sans cela, nous n’aurions pas de volcans, de tremblements de terre… et en fait, la Terre ne serait pas capable d’entretenir la vie.
Les mystères de la dynamique du manteau sont ce sur quoi le lauréat de la médaille Anton Hales 2018 de l’Académie australienne des sciences, le Dr Rhodri Davies, passe son temps à enquêter.
Il utilise des outils informatiques avancés pour développer des modèles de la dynamique du manteau, nous aidant à comprendre le comportement du manteau et la façon dont il influence la surface de la Terre. Ces modèles combinent des ensembles de données géophysiques et géochimiques à grande échelle avec des connaissances sur la façon dont les minéraux individuels se comportent dans certaines conditions de température et de pression pour faire la lumière sur la structure du manteau, fournir des contraintes sur la façon dont le manteau s’écoule, et démontrer comment cet écoulement entraîne le volcanisme et d’autres caractéristiques à la surface.
Nous savons que la plupart des volcans de la Terre se trouvent aux limites des plaques tectoniques, là où les plaques :
- s’écartent, comme cela se produit actuellement entre l’Australie et l’Antarctique
- se rapprochent l’une de l’autre, l’une glissant vers le manteau sous-jacent, comme au bord nord de la plaque tectonique australienne sous la Papouasie-Nouvelle-Guinée et l’Indonésie
- glissent l’une sur l’autre, ce qui se produit au niveau de la tristement célèbre faille de San Andreas en Californie.
Certains volcans, cependant, se trouvent à l’intérieur des plaques tectoniques, loin de ces processus de frontière. On les appelle des volcans intra-plaques. Beaucoup d’entre eux sont causés par des panaches mantelliques – des régions de roches chaudes qui remontent de la limite noyau-manteau de la Terre vers sa surface. Ce faisant, ils transportent des roches fondues contenant un message du manteau profond de la Terre, un message que les travaux du Dr Davies nous permettent de déchiffrer. Cela a permis de solidifier les théories concernant les processus qui créent les chaînes d’îles volcaniques intra-plaques.
Par exemple, il a combiné les observations de plusieurs domaines pour montrer que les chaînes volcaniques au sein de l’Australie se sont formées lorsque la plaque tectonique australienne a dérivé vers le nord sur plusieurs panaches mantelliques. Il en est résulté une chaîne de volcans qui traverse le continent du nord au sud, formée entre 34 et 9 millions d’années. Croyez-le ou non, le continent australien, aujourd’hui endormi sur le plan tectonique, abrite l’une des régions volcaniques intra-plaque les plus étendues au monde, avec des éruptions sur le continent aussi récentes qu’il y a environ 5 000 ans.
L’archipel d’Hawaï se serait formé via un processus similaire. Hawaï se trouve à la limite sud-est d’une chaîne de volcans et de monts sous-marins immergés qui deviennent progressivement plus vieux vers le nord-ouest. Cette chaîne se sépare en deux au niveau de l’île d’Oahu et Davies et son groupe ont récemment découvert que cette scission s’est produite en raison d’un changement de direction de la plaque Pacifique, il y a environ trois millions d’années.
L’incorporation de tous ces facteurs pour créer des modèles de la façon dont le manteau se comporte améliore notre compréhension du fonctionnement de notre planète. Cela nous aide à expliquer les processus qui aboutissent à la géologie unique et spectaculaire de la Terre et nous permet de mieux comprendre l’évolution de la planète depuis sa formation, il y a plus de 4,5 milliards d’années
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