Étude sur la relation entre le “flottement” de la croûte et l’enfoncement lithosphérique dans le plateau andin central

Contexte académique

Le plateau andin est l’une des ceintures orogéniques les plus actives de la planète, et son processus de formation et d’évolution a toujours été un sujet d’intérêt pour les géologues. L’enfoncement lithosphérique (lithospheric foundering) est l’un des mécanismes importants de déformation crustale, de subsidence des bassins et de soulèvement de la surface dans les ceintures orogéniques. Cependant, les détails, l’échelle temporelle et le rôle spécifique de la croûte dans ce processus manquent encore d’études quantitatives. En particulier, dans la région de la Puna, au centre du plateau andin, la lithosphère et la croûte sont plus minces, suggérant une possible enfoncement lithosphérique. Le bassin d’Arizaro, un bassin typique de la région de la Puna, est considéré comme le produit de l’enfoncement lithosphérique au Miocène supérieur, mais l’histoire des variations de l’épaisseur crustale n’a pas encore été suffisamment contrainte.

Cette étude vise à reconstruire l’histoire des variations de l’épaisseur crustale dans le bassin d’Arizaro et ses régions magmatiques environnantes en utilisant une méthode novatrice : l’analyse géochimique des zircons détritiques dans les cendres volcaniques. Cela permettra de révéler l’impact de l’enfoncement lithosphérique sur l’épaisseur crustale et la déformation de surface.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par B. Carrapa, G. Jepson, P.G. DeCelles et d’autres auteurs, issus de plusieurs institutions de recherche telles que l’Université de l’Arizona, l’Université de l’Oklahoma, l’Université de Bucarest et l’Université du Massachusetts à Amherst. L’article a été publié en ligne le 18 octobre 2024 dans la revue Geology, sous le titre Crustal bobbing in response to lithospheric foundering recorded by detrital proxy records from the central Andean plateau.

Processus et résultats de la recherche

1. Objectifs et méthodes de recherche

L’objectif principal de cette étude est de reconstruire l’histoire des variations de l’épaisseur crustale dans la région du bassin d’Arizaro en analysant les zircons détritiques des cendres volcaniques. Pour ce faire, l’équipe de recherche a utilisé les méthodes suivantes :

• Datation U-Pb et analyse des éléments traces des zircons : En utilisant la technique de spectrométrie de masse à plasma inductif couplée à l’ablation laser (LA-ICP-MS) à haute résolution, les zircons ont été datés et leurs caractéristiques géochimiques ont été déterminées.
• Analyse des isotopes Lu/Hf : En utilisant la technique LA-ICP-MS à multi-collection, la composition isotopique Lu/Hf des zircons a été analysée pour déterminer les caractéristiques des sources magmatiques.
• Estimation de l’épaisseur crustale : En utilisant les rapports La/Yb et les anomalies en Eu des zircons, combinés à des modèles existants d’estimation de l’épaisseur crustale, l’histoire des variations de l’épaisseur crustale dans la région du bassin d’Arizaro a été reconstruite.

2. Collecte et traitement des échantillons

L’équipe de recherche a collecté 10 échantillons de cendres volcaniques et 1 échantillon détritique des formations de Vizcachera et Batín dans le bassin d’Arizaro. Ces échantillons couvrent une période allant d’environ 36 millions d’années (Ma) à 11 Ma. En analysant les zircons de ces échantillons, l’équipe a obtenu une grande quantité de données sur les âges U-Pb, les éléments traces et les isotopes Lu/Hf.

3. Analyse des données et résultats

• Histoire des variations de l’épaisseur crustale : Les résultats montrent que la source magmatique du bassin d’Arizaro avait une épaisseur crustale d’environ 53 km il y a environ 36 Ma, indiquant que la région avait déjà subi un épaississement crustal significatif au début du Cénozoïque. Entre environ 20 Ma et 13 Ma, l’épaisseur crustale a encore augmenté, puis a commencé à diminuer après 13 Ma. Ces changements sont cohérents avec la formation et l’élimination ultérieure d’une racine crustale due à l’enfoncement lithosphérique.
• Caractéristiques des sources magmatiques : Les données isotopiques Lu/Hf montrent que les valeurs d’εHf des zircons varient considérablement, indiquant que les sources magmatiques proviennent à la fois de la croûte et du manteau. Ces résultats sont cohérents avec les caractéristiques géochimiques des roches volcaniques du Miocène supérieur dans la région de la Puna, suggérant que l’activité magmatique est étroitement liée à l’enfoncement lithosphérique.

4. Validation et interprétation des modèles

L’équipe de recherche a validé ses découvertes à l’aide de modèles numériques et analogiques. Les modèles montrent qu’avec la formation d’une racine lithosphérique, la surface s’affaisse en raison des contraintes visqueuses, puis se soulève par rebond isostatique lors de l’élimination de la racine. Ce processus correspond étroitement à l’histoire de subsidence et de soulèvement du bassin d’Arizaro.

Conclusions et signification

Cette étude a reconstruit quantitativement, pour la première fois, l’histoire des variations de l’épaisseur crustale dans le bassin d’Arizaro et ses régions environnantes grâce à l’analyse géochimique des zircons détritiques. Les résultats montrent que l’enfoncement lithosphérique est le principal mécanisme responsable des variations de l’épaisseur crustale et de la déformation de surface dans cette région. Cette découverte approfondit non seulement notre compréhension des mécanismes de formation du plateau andin, mais fournit également de nouvelles idées et méthodes pour l’étude d’autres ceintures orogéniques.

Points forts de la recherche

• Méthode de recherche novatrice : Cette étude utilise pour la première fois les caractéristiques géochimiques des zircons détritiques pour reconstruire l’histoire des variations de l’épaisseur crustale, offrant un nouvel outil pour des recherches similaires.
• Découverte scientifique importante : L’étude révèle l’impact spécifique de l’enfoncement lithosphérique sur l’épaisseur crustale et la déformation de surface, comblant une lacune dans ce domaine.
• Valeur d’application étendue : Cette recherche est non seulement importante pour comprendre les mécanismes de formation du plateau andin, mais peut également être appliquée à l’étude d’autres ceintures orogéniques, offrant une large valeur géologique.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche souligne également que les variations de l’épaisseur crustale dans le bassin d’Arizaro pourraient être liées à des différences dans l’activité magmatique locale. Les recherches futures pourraient explorer plus en détail la relation entre l’activité magmatique et l’enfoncement lithosphérique afin de mieux comprendre le processus d’évolution des ceintures orogéniques.

Cette étude fournit une base scientifique importante pour comprendre les mécanismes de formation du plateau andin et démontre le grand potentiel de l’analyse géochimique des zircons détritiques dans la recherche géologique.