Les points chauds volcaniques tels que l'île de l'Ascension dans l'Atlantique Sud pourraient avoir une origine surprenante, indique un rapport publié le 6 janvier dans Science .
Les scientifiques ont longtemps pensé que ces îles étaient alimentées par des panaches thermiques jaillissant des profondeurs du manteau terrestre. Cependant, lorsque les chercheurs ont comparé les températures des points chauds volcaniques et des dorsales médio-océaniques du monde entier, ils ont découvert que bon nombre de ces soi-disant points chauds étaient en fait plutôt frais.
Les conditions sur ces sites pourraient ne pas être assez chaudes pour que les panaches remontent du manteau profond, explique Carolina Lithgow-Bertelloni, géophysicienne à l'Université de Californie à Los Angeles et co-auteur des découvertes. Comprendre comment ces points chauds énigmatiques se forment peut fournir des indices importants sur les processus géologiques à l'œuvre à des profondeurs moins profondes sous la surface de la Terre, ont conclu elle et son équipe.
La majeure partie de l'activité volcanique mondiale se produit aux frontières entre les plaques tectoniques, où se trouvent des chaînes de montagnes sous-marines appelées dorsales médio-océaniques. "Sur ces dorsales médio-océaniques, le matériau qui se trouve sous la croûte sur laquelle nous vivons remonte et fond et forme du volcanisme, et par conséquent les plaques se séparent et vous créez un nouveau fond océanique", explique Lithgow-Bertelloni. "C'est une expression des mouvements à grande échelle à l'intérieur de l'intérieur [de la planète]."
Cependant, dans de rares cas, les volcans sont créés par différents processus et peuvent apparaître loin des dorsales médio-océaniques. Cette deuxième catégorie comprend les îles volcaniques d'Hawaï et des Galápagos. L'explication la plus largement acceptée est que des panaches surchauffés montent de grandes profondeurs, peut-être même de la frontière entre le manteau rocheux de la Terre et le noyau, à ces points chauds. Les panaches font fondre la roche environnante pour former du magma, qui finit par éclater de la surface. Au fur et à mesure que la plaque tectonique recouvrant le panache se déplace, une chaîne de volcans se forme au fil du temps.
Les scientifiques ont découvert que la roche basaltique formée lorsque la lave se refroidit sur ces sites a des propriétés chimiques différentes de celles du basalte formé le long des dorsales médio-océaniques. "S'ils proviennent de matériaux chauds remontés [de] profondément à l'intérieur, ils nous donnent une fenêtre sur la chimie de l'intérieur à laquelle nous n'avons pas d'autre moyen d'accéder, ainsi que sur l'évolution chimique de la planète. », explique Lithgow-Bertelloni.
La température des dorsales médio-océaniques devrait représenter les températures typiques dans le manteau, dit-elle. Pour remonter, un panache doit être quelque part entre 100 et 150 degrés Celsius (212 et 302 degrés Fahrenheit) plus chaud que la roche environnante. "Ils doivent être plus chauds pour pouvoir s'élever à travers tout le manteau, et donc plus chauds que la dorsale médio-océanique", explique Lithgow-Bertelloni.
Les chercheurs ont estimé que les basaltes des points chauds fondaient à des températures d'environ 100 à 300 degrés Celsius (212 à 572 degrés Fahrenheit) supérieures à celles des dorsales médio-océaniques. Cependant, selon Lithgow-Bertelloni, les estimations pour un point chaud donné sont souvent incohérentes et ne reflètent que les températures dans la partie supérieure du manteau, bien au-dessus des profondeurs d'où proviennent les panaches.
La clé pour déterminer les températures jusqu'à 600 kilomètres (373 miles) sous les dorsales médio-océaniques et les points chauds volcaniques, dit-elle, s'est avérée être les tremblements de terre. Chaque fois qu'un tremblement de terre se produit, il libère d'énormes quantités d'énergie sous forme d'ondes sismiques. La vitesse à laquelle ces ondes se propagent et arrivent aux sismomètres varie en fonction de la composition, de la profondeur et de la température de la roche environnante.
Les chercheurs ont utilisé un modèle qui s'appuyait sur des mesures sismiques du monde entier pour déduire la température des 46 points chauds océaniques connus. L'équipe a également calculé que la température moyenne sur les dorsales médio-océaniques était d'environ 1 388 degrés Celsius (2 530 degrés Fahrenheit).
"Ce que nous avons trouvé incroyablement intéressant et choquant, c'est que la plupart des points chauds ne sont vraiment pas si chauds", déclare Lithgow-Bertelloni.
Elle et ses collègues ont identifié trois groupes distincts de points chauds. Lorsqu'ils se sont concentrés sur 26 points chauds avec des panaches bien documentés, les chercheurs ont déterminé que 12 étaient vraiment chauds, avec des températures de 155 degrés Celsius ou plus au-dessus de celles des dorsales médio-océaniques. Cependant, 10 points chauds étaient simplement chauds, avec des températures de 50 à 136 degrés Celsius (122 à 277 degrés Fahrenheit) plus chaudes que les dorsales médio-océaniques. Quatre autres étaient carrément froids, avec des températures similaires ou plus fraîches que les dorsales médio-océaniques.
Le groupe de points chauds le plus chaud comprenait les volcans d'Islande, des Samoa, des Galápagos et d'Hawaï. Des points chauds chauds ont été trouvés aux Bermudes et aux îles Canaries, tandis que des points chauds froids ont été trouvés au Cameroun, à l'île de l'Ascension et au point chaud du Grand Météore, ou Nouvelle-Angleterre, dans l'Atlantique Nord.
"Nous avons toujours des points chauds, et ces points chauds reflètent des matériaux profonds et provenant d'un domaine ancien, mais ils ne sont pas très nombreux", déclare Lithgow-Bertelloni. "Les autres sont différents, ce qui signifie que nous sommes sur un nouveau territoire."
Une explication est que les points chauds froids et chauds peuvent provenir de profondeurs relativement faibles dans le manteau. "Nous avons également suggéré que peut-être ces panaches [profonds] ont commencé à chauffer, puis ils se sont retrouvés piégés dans un matériau froid", explique Lithgow-Bertelloni. «Cela ne les arrête pas complètement; ils sont toujours capables de monter, mais ils se refroidissent et montent plus lentement.”
Une source d'incertitude pour les estimations de température développées par les chercheurs est que les tremblements de terre et les sismomètres qui enregistrent leur activité ne sont pas uniformément répartis dans le monde. "Notre couverture de l'intérieur de la Terre n'est donc pas complète", reconnaît Lithgow-Bertelloni.
Pourtant, dit-elle, les découvertes indiquent que les îles volcaniques qui se ressemblent à la surface peuvent avoir des origines très différentes. Dans une prochaine étape, les chercheurs exploreront les différences entre les sites volcaniques des océans Pacifique, Atlantique et Indien.
"Ces crêtes enregistrent l'ancienne histoire tectonique... de la planète", déclare Lithgow-Bertelloni. Cette histoire "pourrait être révélée par les températures des dorsales et les différences de température entre les dorsales et les points chauds de ces bassins océaniques".
