Des chercheurs ont récemment mis en lumière un phénomène géologique captivant sous la Sierra Nevada en Californie, où la croûte terrestre semble se détacher du manteau. Ce mystère, né d’analyses sismiques, éclaire notre compréhension des mouvements tectoniques et de l’évolution de notre planète.
En analysant les données sismiques des 40 dernières années, les chercheurs ont trouvé des signes de séparation entre la croûte terrestre et le manteau sous la Sierra Nevada, en Californie. Ce processus soulève des questions sur sa signification.
Crédit : Geophysical Research Letters
La Terre est constituée de plusieurs couches concentriques aux caractéristiques et compositions diverses. La couche la plus superficielle est la croûte terrestre, qui s’étend jusqu’à 70 kilomètres de profondeur. En dessous, se trouve le manteau, qui atteint 3 000 kilomètres de profondeur, suivi du noyau externe, liquide, jusqu’à plus de 5 100 kilomètres, et du noyau interne solide qui encercle le centre de la planète, à plus de 6 300 kilomètres sous nos pieds. Chaque couche est elle-même subdivisée en sous-couches aux caractéristiques particulières. La croûte terrestre, par exemple, se divise en croûte continentale et croûte océanique. La croûte continentale est plus épaisse et composée de roches felsiques moins denses, comme le granite, tandis que la croûte océanique s’étend jusqu’à 10 kilomètres de profondeur et est caractérisée par des roches plus denses et mafiques comme le basalte. Les deux reposent sur le manteau, lui-même divisé en supérieur et inférieur. La relation entre la croûte terrestre, sur laquelle nous vivons, et le stratum fluide et plastique en dessous est fondamentale pour comprendre de nombreux phénomènes géologiques et géophysiques qui nous concernent directement, ainsi que l’évolution de notre planète rocheuse et des autres.
La croûte terrestre, en effet, “navigue” sur le manteau à travers des morceaux que les experts appellent plaques. Les mouvements de ces plaques sont à l’origine de la dérive des continents, des tremblements de terre, ainsi que de la formation des montagnes et des volcans. L’étude de l’interaction entre la base de la croûte (appelée felsique) et la portion supérieure du manteau de l’asténosphère, composée de roches partiellement fondues, est l’un des aspects les plus fascinants et complexes de la géologie. Une nouvelle étude a, par exemple, déterminé que sous la Sierra Nevada – une chaîne de montagnes entre la Californie et le Nevada, aux États-Unis – la croûte terrestre se détache du manteau sous-jacent, un processus qui dure depuis des millions d’années.
“Une ancienne question est de savoir comment la croûte continentale felsique se différencie de ses magmas mafiques du manteau. Un mécanisme fondamental actuellement proposé est le détachement lithosphérique et la perte de matériel dense dans le manteau”, expliquent les auteurs de la nouvelle recherche, qui ont examiné comment la base de la croûte terrestre – qui fait partie de la lithosphère – se détache et “plonge” dans le manteau sous-jacent en Californie. Rappelons que la lithosphère comprend la croûte terrestre plus la couche la plus superficielle et solide du manteau.
Les deux scientifiques, Vera Schulte Pelkum et Deborah Kilb, de l’Institut coopératif pour la recherche en sciences environnementales – Département des sciences géologiques de l’Université du Colorado à Boulder et de l’Institut de géophysique et physique planétaire – Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, ont conduit l’étude. Elles ont détecté des signes de cette séparation en cours en analysant les données sismiques recueillies au cours des 40 dernières années grâce à une série de stations de détection autour de la Sierra Nevada. En analysant les ondes sismiques générées par les tremblements de terre, il est en effet possible de déterminer les caractéristiques des couches profondes de la Terre (et pas seulement, un sismographe a également fourni des informations précieuses sur la composition de Mars). À partir de l’analyse de ces données, les deux scientifiques ont identifié la présence de zones de cisaillement dans certaines régions, juste à la limite avec le manteau. Selon les calculs, ces résultats représentent les signes de ce processus de délaminage, dans lequel les couches profondes et lourdes de la croûte terrestre felsique se détachent et s’enfoncent dans le manteau. Ce détachement a eu lieu il y a des millions d’années dans une portion, tandis qu’il est encore en cours dans une autre.
“Le sens de cisaillement est cohérent avec l’élimination de la lithosphère d’ouest en sud-ouest. Le signale de cisaillement est plus intense dans la Sierra méridionale, où l’on pensait que l’affaissement lithosphérique avait pris fin depuis plusieurs millions d’années, et est plus profond et moins prononcé dans la Sierra centrale, où l’affaissement lithosphérique en cours est corroboré par une bande de sismicité anormalement profonde (plus de 40 km) le long des collines occidentales”, ont expliqué Schulte Pelkum et Kilb dans le résumé. Cela confirmerait la théorie selon laquelle une partie de la croûte californienne s’est enfoncée dans le manteau ; un processus qui se serait produit – et continue de se produire – également dans d’autres parties du monde. Ce phénomène serait dirigé par le poids des couches les plus profondes de la croûte qui, dans le cas de la croûte océanique, sont riches en basaltes lourds. Les détails de la recherche “L’affaissement lithosphérique en cours observé sous un arc continental éteint” ont été publiés dans la revue scientifique Geophysical Research Letters.