Transition between the Pacific and African mantle domains beneath southwest Pacific marginal basins

Bien en dessous de la surface de la Terre, l’intérieur de la planète n'est pas une soupe uniforme et bouillonnante. Au contraire, il est divisé en vastes provinces distinctes qui sont restées séparées pendant des centaines de millions d'années. Imaginez le manteau comme un océan géant de roche se déplaçant lentement. Depuis longtemps, les scientifiques savent que la roche située sous l'océan Pacifique est chimiquement différente de celle située sous les océans Atlantique et Indien. Cette différence est l'héritage de la manière dont les plaques tectoniques de la Terre ont bougé et collisionné au fil des éons. À mesure que les plaques plongent profondément dans le manteau, elles emportent avec elles des morceaux de la croûte terrestre, modifiant ainsi la composition chimique de la roche en dessous. Avec le temps, ce processus a créé une division nette : un côté de la planète détient un style de manteau « pacifique », tandis que l'autre détient un style « africain ». La grande question pour les géologues était précisément de savoir où court cette ligne invisible et comment elle s'est déplacée à mesure que les continents dérivaient et que les océans s'ouvraient et se fermaient.

Une équipe de chercheurs a maintenant retracé cette limite à travers les roches du sud-ouest du Pacifique, une région où la croûte terrestre s'est étirée et brisée depuis des millions d'années. En analysant les empreintes chimiques d'anciens échantillons de lave du fond de l'océan, ils ont découvert que la ligne de démarcation entre ces deux mondes mantelliques n'est pas fixe. Au lieu de cela, elle a bougé et évolué, façonnée par l'histoire complexe des zones de subduction là où une plaque glisse sous une autre. Leurs travaux révèlent que la frontière n'est pas seulement une simple ligne sur une carte, mais une zone dynamique qui a changé de position et de profondeur au fil du temps, laissant un enregistrement clair dans les roches qui s'y sont formées.

Les scientifiques se sont concentrés leur étude sur une série de bassins dans le sud-ouest du Pacifique, incluant la mer de Tasman, la mer de Corail et le bassin de Santa Cruz. Ces zones sont spéciales car elles se sont formées lorsque l'ancien continent de la Zealandia et le continent australien ont commencé à s'écarter. Tandis que la terre s'étirait et que le fond de l'océan s'écartait, le magma remontait des profondeurs de la Terre pour combler les vides, créant de nouvelles roches. Les chercheurs ont collecté des échantillons de ces roches, plus précisément des basaltes de dorsale médio-océanique, qui sont le type de lave le plus commun trouvé sur le fond marin, et des basaltes d'îles océaniques, qui sont similaires aux laves trouvées sur les îles volcaniques comme Hawaï. Ils ont daté ces roches pour déterminer quand elles se sont formées, certains échantillons étant aussi vieux que 84 millions d'années et d'autres aussi jeunes que 22 millions d'années.

Pour comprendre l'origine de ces roches, l'équipe a mesuré les ratios d'éléments spécifiques présents en elles, tels que le strontium, le néodyme, le plomb et le hafnium. Ces éléments agissent comme une carte d'identité chimique de la source mantellique. Les chercheurs ont trouvé un schéma clair : les roches provenant des anciens bassins marginaux continentaux, formés entre 8ales 84 et 50 millions d'années, portaient la signature chimique du domaine mantellique « africain ». Cela était vrai même si ces bassins sont situés dans la région du Pacifique. En revanche, les roches plus récentes, formées après 50 millions d'années dans les bassins océaniques plus à l'est, montraient la signature distincte du manteau « pacifique ». Ce changement suggère que la limite entre les deux domaines mantelliques était autrefois située plus à l'est, juste le long de la marge du continent de la Zealandia, avant de se déplacer vers sa position actuelle.

L'étude a également examiné les parties plus profondes du manteau en examinant les roches issues de points chauds (hotspots), qui sont des panaches de matériel chaud montant du bas profond du manteau. Les chercheurs ont constaté que les points chauds au nord, tels que les chaînes de Tasmantid et de Lord Howe, produisaient des roches dotées d'une signature chimique connue sous le nom d'EM-1, associée au domaine mantellique enrichi africain. Cependant, les points chauds au sud, près des marges de la Zealandia et de l'Antarctique, produisaient une signature différente appelée HIMU, liée au mantele profond du Pacifique. Cela indique que, bien que la couche supérieure du manteau dans cette région ait été dominée par le style africain, le manteau profond en dessous était toujours de nature pacifique. Les deux domaines étaient empilés les uns sur les autres, créant un effet de stratification complexe.

L'une des conclusions clés de l'article est que la limite entre ces deux mondes mantelliques n'est pas définie par les zones de subduction modernes que nous voyons aujourd'hui. Pendant longtemps, les scientifiques ont pensé que la zone de subduction actuelle, où la plaque du Pacifique plonge sous la plaque australienne, marquait la ligne de partage. Cependant, les preuves chimiques tirées des roches plus anciennes montrent que cette ligne était autrefois située beaucoup plus à l'est, le long de la marge continentale de la Zealandia. Les chercheurs soutiennent que le mouvement de la zone de subduction ao longo du temps, spécifiquement un renversement dans la direction de la subduction autour de 50 millions d'années, a poussé la limite vers l'ouest. Ce mouvement a permis au mantele pacifique de couler dans la zone qui était auparavant dominée par le mantele africain.

L'étude exclut également plusieurs autres explications concernant les différences chimiques observées dans les roches. Les chercheurs ont envisagé si le mélange de matériaux issus de sédiments subduits ou la fragmentation de l'ancienne croûte continentale pouvait expliquer ces schémas, mais les données ne soutenaient pas ces idées. Au lieu de cela, les preuves pointent fortement vers le mouvement des domaines mantelliques eux-mêmes comme principal moteur. Les signatures chimiques sont trop distinctes et étendues pour être le résultat d'une contamination locale ou d'un mélange à petite échelle. Les modèles suggèrent un processus mondial à grande échelle où le manteau profond est resté séparé en deux provinces distinctes pendant des centaines de millions d'années.

En combinant les données chimiques avec des modèles décrivant comment les plaques de la Terre se sont déplacées au fil du temps, les chercheurs ont pu reconstruire l'histoire de cette limite. Ils proposent que lors de l'assemblage du supercontinent Pangée, la subduction à long terme de la plaque du Pacifique a créé un anneau de manteau enrichi autour de l'océan Pacifique. Cet anneau a agi comme une barrière, gardant les domaines mantelliques pacifique et africain séparés. À mesure que les continents se fragmentaient et que les zones de subduction changeaient, la limite entre ces domaines se déplaçait, mais la différence chimique fondamentale demeurait. L'étude fournit une carte détaillée de l'évolution de cette limite, montrant qu'elle est une caractéristique de premier ordre du manteau terrestre qui a persisté à travers plusieurs cycles de formation et de rupture des supercontinents.

Les implications de ce travail dépassent la simple compréhension de l'histoire du sud-ouest du Pacifique. Elles offrent une nouvelle façon de percevoir le fonctionnement de l'intérieur de la Terre à l'échelle mondiale. Le fait que ces domaines mantelliques soient restés distincts pendant si longtemps suggère que l'intérieur de la Terre est plus stable et organisé qu'on ne le pensait auparavant. Le mouvement de la limite n'est pas aléatoire mais est piloté par les forces à grande échelle de la tectonique des plaques. Cela aide les scientifiques à mieux comprendre l'évolution à long terme de la planète et la façon dont l'intérieur profond influence la surface. L'étude souligne également l'importance d'examiner à la fois les couches peu profondes et profondes du manteau pour obtenir une image complète, car les deux couches peuvent se comporter différemment et raconter des pans différents de l'histoire.

En fin de compte, la recherche brosse le portrait d'une Terre dynamique où les frontières entre ses provinces internes ne sont pas fixes mais sont constamment remodelées par le mouvement des plaques sus-jacentes. Les empreintes chimiques des roches du sud-ouest du Pacifique servent de capsule temporelle, préservant l'histoire de ces mouvements et du déplacement des domaines mantelliques. Les résultats confirment que la division entre les manteaux pacifique et africain est une véritable frontière physique qui a évolué au fil du temps, laissant une trace claire dans les roches qui s'y sont formées. Ce travail permet de combler les lacunes de notre compréhension de l'intérieur profond de la Terre et offre une vision plus claire de la manière dont la planète a changé au cours des derniers centaines de millions d'années.