The Superpile Cycle: the reorganisation of basal mantle structures coupled to the supercontinent cycle
À travers 24 modèles de circulation mantellique tridimensionnels, cette étude propose l'hypothèse d'un « cycle de super-amas » démontrant que l'assemblage et la fragmentation des supercontinents entraînent une réorganisation cyclique des structures mantelliques basales (LLSVPs), alternant entre des amas antipodaux stables et une activité de panaches transitoires et étendus lors de la dispersion.
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Bien en dessous de nos pieds, la Terre n'est pas une boule de roche statique, mais un moteur tourbillonnant au ralenti. À l'extrême base du manteau de la planète, là où la roche chaude rencontre le noyau solide, les sismologues ont découvert deux masses gigantesques de la taille d'un continent qui déplacent la chaleur différemment de la roche environnante. Ces structures sont connues sous le nom de provinces de faible vitesse de cisaillement, ou LLSVP, et se situent sous l'Afrique et l'océan Pacifique. Bien que nous sachions qu'elles existent, leur origine et leur comportement sont restés un mystère. S'agit-il d'amas anciens de matériaux résiduels de la formation de la planète, ou de structures dynamiques constamment remodelées par le mouvement de la surface de la Terre ? Comprendre ces structures profondes est crucial car elles contrôlent probablement l'endroit où la chaleur interne de la Terre s'échappe, ce qui, à son tour, entraîne le mouvement des plaques tectoniques et la formation de volcans. Si ces amas profonds sont stables, ils agissent comme des ancres permanentes pour le moteur interne de la planète ; s'ils sont mobiles, ils suggèrent une relation beaucoup plus chaotique et interconnectée entre la surface et l'intérieur profond.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Cardiff a maintenant proposé une nouvelle façon de comprendre ces structures profondes, suggérant qu'elles ne sont pas statiques mais font partie d'un grand cycle répétitif lié à l'assemblage et à la fragmentation des supercontinents. Pour tester cette idée, les scientifiques n'ont pas creusé le sol et n'ont pas attendu qu'un volcan entre en éruption. À la place, ils ont construit vingt-quatre modèles numériques différents de l'intérieur de la Terre, les faisant tourner sur de puissants supercalculateurs pour simuler le mouvement du manteau sur des centaines de millions d'années. Chaque modèle commençait avec des conditions légèrement différentes, comme une variation de la température au bord du noyau ou un changement de la vitesse de mouvement des plaques de surface, afin de garantir que leurs conclusions soient robustes et ne soient pas simplement le fruit d'une configuration spécifique. En observant comment ces amas de roche chaude se comportaient dans le monde virtuel au fil du temps, les chercheurs ont découvert un motif qu'ils appellent le « Cycle des Superpiles ».
L'histoire que racontent les modèles commence par la formation d'un supercontinent, une époque où toutes les masses terrestres sont jointes. Pendant cette phase d'assemblage, les plaques océaniques froides et lourdes qui plongent dans le manteau — appelées subduction — ont tendance à former un anneau autour des bords de la masse terrestre géante. Cet anneau de plaques plongeantes agit comme un balai géant, balayant le matériau le long du bas du manteau jusqu'à ce qu'il s'accumule en deux endroits distincts de part et d'autre du globe. Ces amas, que les chercheurs appellent « superpiles », deviennent stables et restent en place pendant que le supercontinent tient ensemble. Dans ces simulations, les piles ressemblent remarquablement aux LLSVP du monde réel sous l'Afrique et le Pacifique, suggérant que l'emplacement de ces structures profondes est dicté par l'endroit où les continents se trouvent en surface.
Cependant, le cycle ne reste pas immobile éternellement. Lorsque le supercontinent finit par se briser, le schéma des plaques plongeantes change. De nouvelles zones de subduction se forment ailleurs, et l'ancien anneau stable de plaques plongeantes est perturbé. C'est à ce moment que l'intérieur de la Terre subit un « événement de réarrangement ». Dans les modèles informatiques, cette perturbation provoque la perte de forme et la migration des piles autrefois stables. Le matériau qui avait été soigneusement rassemblé en deux piles est balayé autour de la limite noyau-manteau, devenant plus chaotique et dispersé. Les chercheurs ont découvert que ce réarrangement prend du temps ; après que les plaques de surface ont commencé à se déplacer, il faut environ 160 millions d'années pour que les plaques plongeantes atteignent le fond et commencent à déplacer les piles, et 40 millions d'années supplémentaires pour que les piles changent complètement de forme à grande échelle.
Ce réarrangement profond a un impact direct sur la surface. Les modèles montrent que lorsque les piles sont stables, les panaches de roche chaude qui montent du manteau profond pour créer des volcans ont tendance à se regrouper étroitement autour des bords des piles. Mais pendant la phase de réarrangement, lorsque les piles sont balayées et remodelées, ces panaches ascendants deviennent beaucoup plus nombreux et dispersés à travers le globe. Les simulations suggèrent que cette distribution dispersée pourrait en fait rendre plus difficile la formation d'événements volcaniques massifs, connus sous le nom de Provinces Magmatiques de Grande Étendue. Au lieu d'une seule éruption géante et concentrée, la chaleur est libérée en de nombreux endroits plus petits et dispersés. Cela implique que l'activité volcanique la plus spectaculaire de la Terre pourrait être liée aux périodes où le manteau profond est dans un état de flux, plutôt qu'aux périodes de calme.
Les chercheurs soulignent que leur conclusion est basée sur ces simulations, qui sont les meilleurs outils dont nous disposons pour voir dans les profondeurs de la Terre, mais qu'elles ne sont pas une carte parfaite de la réalité. Le moment exact de ces événements dans le monde réel pourrait différer car nous ne connaissons pas encore précisément la viscosité, ou l'épaisseur, du manteau profond. Cependant, la séquence des événements semble cohérente à travers les vingt-quatre modèles, quelles que soient les conditions spécifiques utilisées. L'étude suggère une relation étroitement couplée : les continents s'assemblent, les piles profondes se forment et se stabilisent ; les continents se brisent, les piles profondes sont perturbées et remaniées ; et alors que les continents commencent à se rejoindre à nouveau, les piles retrouvent leurs positions stables. Ce cycle lie le mouvement des plaques de surface directement au comportement des parties les plus profondes de la planète, montrant que la surface de la Terre et son noyau sont engagés dans une conversation lente de plusieurs milliards d'années.
En fin de compte, ce travail offre une nouvelle perspective sur l'histoire de la Terre. Il suggère que les amas géants à la base du manteau ne sont pas des vestiges anciens et immuables, mais des caractéristiques dynamiques qui évoluent de concert avec le cycle des supercontinents. La stabilité de ces structures profondes, et l'activité volcanique qu'elles alimentent, sont régies par les mêmes forces qui poussent les continents à entrer en collision et à se séparer. Bien que l'article ne prétende pas avoir résolu tous les mystères du manteau profond, il fournit un cadre convaincant pour comprendre comment la surface et l'intérieur de la planète sont connectés, transformant le manteau profond d'un décor statique en un participant actif de l'évolution à long terme de la Terre.
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