Des scientifiques découvrent les forces cachées à l’origine de la montée des continents

Des scientifiques de l’Université de Southampton ont répondu à l’une des questions les plus déroutantes de la tectonique des plaques : comment et pourquoi les parties « stables » des continents s’élèvent progressivement pour former certaines des plus grandes caractéristiques topographiques de la planète.

Ils ont découvert que lorsque les plaques tectoniques se brisent, de puissantes vagues se déclenchent dans les profondeurs de la Terre, ce qui peut provoquer une élévation de la surface des continents de plus d’un kilomètre.

Leurs découvertes contribuent à résoudre un mystère de longue date sur les forces dynamiques qui façonnent et relient certaines des formes de relief les plus spectaculaires de la Terre : de vastes formations topographiques appelées « escarpements » et « plateaux » qui influencent profondément le climat et la biologie.

La nouvelle étude, menée par l’Université de Southampton, a examiné les effets des forces tectoniques mondiales sur l’évolution du paysage sur des centaines de millions d’années. Les résultats sont publiés le 8 août dans la revue Nature.

Tom Gernon, professeur de sciences de la Terre à l’université de Southampton et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que les reliefs abrupts de plusieurs kilomètres de haut appelés Grands Escarpements, comme l’exemple classique qui encercle l’Afrique du Sud, se forment lorsque les continents se déchirent et finissent par se séparer. Cependant, expliquer pourquoi les parties intérieures des continents, loin de ces escarpements, s’élèvent et s’érodent s’est avéré beaucoup plus difficile. Ce processus est-il même lié à la formation de ces escarpements imposants ? Pour le dire simplement, nous l’ignorions. »

Les mouvements verticaux des parties stables des continents, appelés cratons, restent l’un des aspects les moins compris de la tectonique des plaques.

L’équipe de l’Université de Southampton, composée du Dr Thea Hincks, du Dr Derek Keir et d’Alice Cunningham, a collaboré avec des collègues du Centre Helmholtz de Potsdam (GFZ, Centre de recherche allemand pour les géosciences) et de l’Université de Birmingham pour répondre à cette question fondamentale.

Leurs résultats aident à expliquer pourquoi des parties de continents jusque-là considérées comme « stables » connaissent un soulèvement et une érosion considérables, et comment de tels processus peuvent migrer sur des centaines, voire des milliers de kilomètres à l’intérieur des terres, formant de vastes régions élevées appelées plateaux, comme le plateau central de l’Afrique du Sud.

Relier les diamants à l’évolution du paysage

S’appuyant sur leur étude reliant les éruptions de diamants à la rupture continentale, publiée l’année dernière dans NatureL’équipe a utilisé des modèles informatiques avancés et des méthodes statistiques pour étudier la manière dont la surface de la Terre a réagi à la rupture des plaques continentales au fil du temps.

Ils ont découvert que lorsque les continents se séparent, l’étirement de la croûte continentale provoque des mouvements d’agitation dans le manteau terrestre (la couche volumineuse entre la croûte et le noyau).

Le professeur Sascha Brune, qui dirige la section de modélisation géodynamique au GFZ Potsdam, a déclaré : « Ce processus peut être comparé à un mouvement de balayage qui se dirige vers les continents et perturbe leurs fondations profondes. »

Le professeur Brune et le Dr Anne Glerum, également basés à Potsdam, ont effectué des simulations pour étudier le déroulement de ce processus. L’équipe a observé un schéma intéressant : la vitesse des « vagues » du manteau se déplaçant sous les continents dans leurs simulations correspondait étroitement à la vitesse des principaux événements d’érosion qui ont balayé le paysage de l’Afrique australe après la rupture de l’ancien supercontinent Gondwana.

Les scientifiques ont rassemblé des preuves qui suggèrent que les Grands Escarpements prennent naissance aux bords d’anciennes vallées de rift, à l’image des parois abruptes que l’on observe aujourd’hui aux marges du rift est-africain. Parallèlement, le phénomène de rifting déclenche également une « onde de manteau profond » qui se déplace le long de la base du continent à une vitesse d’environ 15 à 20 kilomètres par million d’années.

Ils pensent que cette onde enlève par convection des couches de roche des racines continentales.

« Tout comme une montgolfière perd du poids pour s’élever plus haut, cette perte de matière continentale provoque l’élévation des continents – un processus appelé isostasie », a déclaré le professeur Brune.

En s’appuyant sur ces données, l’équipe a modélisé la façon dont les paysages réagissent à ce soulèvement provoqué par le manteau terrestre. Ils ont découvert que les instabilités migratoires du manteau donnent lieu à une vague d’érosion de surface qui dure des dizaines de millions d’années et se déplace à travers le continent à une vitesse similaire. Cette érosion intense enlève un énorme poids de roche qui provoque une élévation supplémentaire de la surface terrestre, formant des plateaux surélevés.

« Nos modèles d’évolution du paysage montrent comment une séquence d’événements liés au rifting peut donner naissance à un escarpement ainsi qu’à un plateau stable et plat, même si une couche de plusieurs milliers de mètres de roches a été érodée », explique Jean Braun, professeur de modélisation des processus de surface de la Terre au GFZ Potsdam, également basé à l’Université de Potsdam.

L’étude de l’équipe fournit une nouvelle explication aux mouvements verticaux déroutants des cratons situés loin des bords des continents, où le soulèvement est plus fréquent.

Le Dr Steve Jones, professeur associé en systèmes terrestres à l’Université de Birmingham, a ajouté : « Nous avons ici un argument convaincant selon lequel le rifting peut, dans certaines circonstances, générer directement des cellules de convection du manteau supérieur à l’échelle continentale de longue durée, et ces systèmes convectifs initiés par le rift ont un effet profond sur la topographie de la surface de la Terre, l’érosion, la sédimentation et la distribution des ressources naturelles. »

L’équipe a conclu que la même chaîne de perturbations du manteau qui déclenche l’émergence rapide des diamants depuis les profondeurs de la Terre façonne également fondamentalement les paysages continentaux, influençant une multitude de facteurs allant des climats régionaux et de la biodiversité aux modèles d’établissement humain.

Le professeur Gernon, qui a reçu une importante subvention philanthropique de la Fondation WoodNext, administrée par la Greater Houston Community Foundation, pour étudier le refroidissement global, a expliqué que la rupture des continents perturbe non seulement les couches profondes de la Terre, mais a également des effets qui se répercutent sur la surface des continents, auparavant considérés comme stables.

« La déstabilisation du cœur des continents a dû également avoir un impact sur les climats anciens », conclut le professeur Gernon.