Les points chauds volcaniques, comme l'île de l'Ascension dans l'Atlantique Sud, pourraient avoir une origine surprenante, selon une étude publiée le 6 janvier dans Science.
Les scientifiques pensaient traditionnellement que ces îles étaient alimentées par des panaches thermiques jaillissant des profondeurs du manteau terrestre. Cependant, en comparant les températures des points chauds volcaniques et des dorsales médio-océaniques mondiales, les chercheurs ont découvert que nombre de ces points chauds sont en réalité plutôt froids.
Les conditions sur ces sites ne semblent pas assez chaudes pour que des panaches remontent du manteau profond, explique Carolina Lithgow-Bertelloni, géophysicienne à l'Université de Californie à Los Angeles et co-auteure de l'étude. Comprendre la formation de ces points chauds énigmatiques apporte des indices précieux sur les processus géologiques à des profondeurs moins extrêmes sous la surface terrestre.
La majorité de l'activité volcanique mondiale se concentre aux frontières des plaques tectoniques, le long des dorsales médio-océaniques, ces chaînes de montagnes sous-marines. « Sur ces dorsales, le matériau sous la croûte remonte, fond et génère du volcanisme, séparant les plaques et créant un nouveau fond océanique », précise Lithgow-Bertelloni. « C'est l'expression des mouvements à grande échelle à l'intérieur de la planète. »
Dans de rares cas, des volcans émergent loin de ces dorsales, comme à Hawaï ou aux Galápagos. L'hypothèse dominante invoquait des panaches surchauffés montant des grandes profondeurs, voire de la limite manteau-noyau, faisant fondre la roche environnante pour former du magma qui érupt à la surface. Le déplacement de la plaque tectonique crée alors une chaîne de volcans.
La roche basaltique issue de la lave de ces points chauds présente des propriétés chimiques distinctes de celle des dorsales médio-océaniques. « S'ils proviennent de matériaux chauds remontés des profondeurs, ils offrent une fenêtre unique sur la chimie interne de la Terre et son évolution chimique », note Lithgow-Bertelloni.
Les températures des dorsales médio-océaniques reflètent celles typiques du manteau. Pour remonter, un panache doit être 100 à 150 °C plus chaud que la roche environnante. « Ils doivent être plus chauds que les dorsales pour traverser tout le manteau », ajoute-t-elle.
Les chercheurs ont estimé que les basaltes des points chauds fondent à 100-300 °C au-dessus des dorsales. Pourtant, ces estimations varient et concernent souvent la partie supérieure du manteau, non les origines profondes.
La clé réside dans les séismes : les ondes sismiques varient selon la composition, profondeur et température de la roche. En utilisant des données sismiques globales, l'équipe a modélisé les températures jusqu'à 600 km de profondeur pour 46 points chauds océaniques, fixant la moyenne des dorsales à environ 1 388 °C (2 530 °F).
« Ce que nous avons trouvé est incroyablement intéressant et choquant : la plupart des points chauds ne sont pas si chauds », déclare Lithgow-Bertelloni.
L'analyse révèle trois groupes : sur 26 points chauds avec panaches documentés, 12 sont vraiment chauds (>155 °C au-dessus des dorsales, comme l'Islande, Samoa, Galápagos, Hawaï) ; 10 sont modérément chauds (50-136 °C, comme Bermudes, Canaries) ; 4 sont froids (Cameroun, Ascension, Grand Météore).
« Nous avons encore des points chauds profonds anciens, mais ils sont rares. Les autres ouvrent un nouveau territoire d'étude », conclut-elle.
Les points chauds froids et modérés pourraient provenir de profondeurs moindres, ou des panaches profonds piégés et refroidis dans du matériau froid, les ralentissant.
Les données sismiques ne sont pas uniformes, limitant la couverture. Néanmoins, ces découvertes montrent que des îles similaires à la surface ont des origines variées. Prochaine étape : comparer Pacifique, Atlantique et Indien.
« Ces cratères enregistrent l'histoire tectonique ancienne de la planète, révélée par les températures des dorsales et points chauds », souligne Lithgow-Bertelloni.
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