L’émergence des collisions continentales globales et le début de l’éclogitisation massive de la croûte terrestre

Contexte académique

L’évolution de la croûte terrestre est étroitement liée à l’évolution de la tectonique des plaques, en particulier les changements dans la composition de la croûte continentale qui fournissent des preuves clés pour comprendre cette évolution. Cependant, de nombreuses incertitudes subsistent concernant les changements dans la composition de la croûte inférieure, en particulier pendant la transition entre le Protérozoïque et le Phanérozoïque. Les différences de composition de la croûte entre ces deux ères, notamment la préservation ou la disparition de la couche crustale inférieure mafique, sont essentielles pour comprendre l’évolution de la tectonique des plaques. Cette étude, en analysant les données de profils sismiques de 29 ceintures orogéniques à travers le monde, révèle des différences significatives dans la composition de la croûte entre le Protérozoïque et le Phanérozoïque, et propose que le début des collisions continentales globales et de l’éclogitisation soit la cause principale de ces changements.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Bing Xia (Université des géosciences de Chine), Irina M. Artemieva (Académie chinoise des sciences géologiques, Centre de recherche océanique GEOMAR, Allemagne) et Hans Thybo (Académie chinoise des sciences géologiques, Université technique d’Istanbul, Turquie). L’article a été publié en ligne le 18 octobre 2024 dans la revue Geology, avec le DOI 10.1130/G52647.1.

Méthodologie et résultats

1. Collecte et traitement des données

L’équipe de recherche a numérisé les profils de réfraction/réflexion à grand angle de 29 ceintures orogéniques à travers le monde, totalisant plus de 18 000 kilomètres. Ces profils ont été échantillonnés tous les 10 kilomètres pour assurer l’exhaustivité et la précision des données. Les modèles sismiques de mauvaise qualité ont été exclus pour garantir la fiabilité des résultats.

2. Analyse de la structure de vitesse de la croûte

En analysant la structure de vitesse des ondes P (Vp), l’équipe a lié la composition de la croûte aux valeurs de Vp. Les données expérimentales montrent que les couches crustales avec des valeurs de Vp entre 6,8 et 7,4 km/s sont généralement des couches mafiques (contenu en SiO2 entre 44 % et 53 %). L’équipe a constaté que les ceintures orogéniques protérozoïques préservent généralement une épaisse couche crustale inférieure mafique, tandis que cette couche est presque absente dans les ceintures orogéniques phanérozoïques.

3. Changements dans la composition de la croûte

L’équipe a découvert que l’épaisseur de la croûte inférieure dans les ceintures orogéniques protérozoïques représente 26 % à 42 % de la croûte totale, tandis que dans les ceintures phanérozoïques, cette épaisseur est significativement réduite, représentant moins de 7 %. Ce changement indique une augmentation significative de la teneur en SiO2 de la croûte phanérozoïque, la rendant globalement plus felsique. L’équipe attribue ce changement à l’éclogitisation massive qui s’est produite au cours du Phanérozoïque.

4. Rôle de l’éclogitisation

L’éclogite est une roche formée dans des conditions de haute pression et basse température, dont la densité est généralement supérieure à celle de la péridotite du manteau. L’équipe propose que les collisions continentales et la subduction au cours du Phanérozoïque ont entraîné une éclogitisation massive de la croûte inférieure, provoquant le détachement ou l’égouttage (delamination or dripping) des corps éclogitiques denses, ce qui a finalement conduit au recyclage massif de la croûte mafique dans le manteau. Ce processus a réduit la densité globale de la croûte, entraînant l’élévation des continents et la formation de vastes zones continentales.

5. Mode moderne de la tectonique des plaques

L’équipe suggère que la formation et le détachement de l’éclogite sont des facteurs clés dans le mode moderne de la tectonique des plaques. La formation de l’éclogite augmente la traction vers le bas des plaques continentales jusqu’à ce que les matériaux denses soient éliminés, créant un mécanisme de rétroaction. Ce processus a non seulement modifié la composition de la croûte, mais a également favorisé l’élévation des continents et l’émergence de vastes zones terrestres, déclenchant ainsi l’événement d’oxydation du Néoprotérozoïque et l’explosion de la vie au Phanérozoïque.

Conclusions et implications

En analysant les données de profils sismiques à l’échelle mondiale, cette étude révèle des différences significatives dans la composition de la croûte entre le Protérozoïque et le Phanérozoïque, et propose que le début des collisions continentales globales et de l’éclogitisation soit la cause principale de ces changements. Cette recherche fournit de nouvelles preuves pour comprendre l’évolution de la tectonique des plaques et offre une nouvelle explication pour la formation des continents et l’explosion de la vie dans l’histoire de la Terre.

Points forts de la recherche

1. Analyse de données à l’échelle mondiale : L’équipe a systématiquement analysé les profils sismiques de 29 ceintures orogéniques à travers le monde, couvrant une large gamme de données et fournissant des résultats hautement fiables.
2. Rôle clé de l’éclogitisation : L’étude propose pour la première fois que l’éclogitisation joue un rôle clé dans les changements de composition de la croûte au Phanérozoïque, offrant une nouvelle perspective sur le mode moderne de la tectonique des plaques.
3. Lien entre la composition de la croûte et l’évolution de la vie : La recherche révèle un lien étroit entre les changements de composition de la croûte, la formation des continents, l’événement d’oxydation et l’explosion de la vie, ce qui a une importance scientifique majeure.

Autres informations utiles

L’équipe de recherche souligne également que la formation et le détachement de l’éclogite ont non seulement modifié la composition de la croûte, mais ont également influencé la structure de densité du manteau. La densité du manteau dans les ceintures orogéniques phanérozoïques est significativement plus élevée que dans les ceintures protérozoïques, un changement qui pourrait être lié à la présence résiduelle d’éclogite. De plus, l’équipe propose que le processus d’éclogitisation peut être rapide, suggérant que des événements tectoniques rapides et de courte durée pourraient favoriser la formation et le détachement de l’éclogite.

En conclusion, cette étude, à travers une analyse systématique des données sismiques mondiales, révèle des différences significatives dans la composition de la croûte entre le Protérozoïque et le Phanérozoïque, et propose que l’éclogitisation joue un rôle clé dans le mode moderne de la tectonique des plaques. Cette recherche offre une nouvelle perspective pour comprendre la formation des continents et l’évolution de la vie dans l’histoire de la Terre, apportant une valeur scientifique significative.