Le centre chaud et gluant de la Terre et sa coquille extérieure froide et dure sont tous deux responsables du mouvement rampant (et parfois catastrophique) des plaques tectoniques. Mais maintenant, de nouvelles recherches révèlent un rapport de force intrigant - le manteau suintant crée des supercontinents tandis que la croûte les déchire.
Pour arriver à cette conclusion sur le processus de la tectonique des plaques, les scientifiques ont créé un nouveau modèle informatique de la Terre avec la croûte et le manteau considérés comme un système homogène. Au fil du temps, environ 60% des mouvements tectoniques à la surface de cette planète virtuelle ont été entraînés par des forces assez peu profondes - dans les premiers 62 miles (100 kilomètres) de la surface. La convection profonde et tourbillonnante du manteau a conduit le reste. Le manteau est devenu particulièrement important lorsque les continents se sont rapprochés pour former des supercontinents, tandis que les forces peu profondes ont dominé lorsque les supercontinents se sont séparés dans le modèle.
Cette "Terre virtuelle" est le premier modèle informatique qui "voit" la croûte et le manteau comme un système dynamique interconnecté, ont rapporté les chercheurs le 30 octobre dans la revue Science Advances. Auparavant, les chercheurs fabriquaient des modèles de convection thermique dans le manteau qui correspondaient assez bien aux observations du vrai manteau, mais ne reproduisaient pas la croûte. Et les modèles de la tectonique des plaques dans la croûte pouvaient prédire des observations du monde réel sur le mouvement de ces plaques, mais ne correspondaient pas bien aux observations du manteau. De toute évidence, il manquait quelque chose dans la façon dont les modèles assemblaient les deux systèmes.
"Les modèles de convection étaient bons pour le manteau, mais pas pour les plaques, et la tectonique des plaques était bonne pour les plaques mais pas le manteau", a déclaré Nicolas Coltice, professeur à l'Ecole Normale Supérieure de l'Université PSL à Paris. "Et toute l'histoire derrière l'évolution du système est la rétroaction entre les deux."
Croûte et manteau
Chaque modèle d'école primaire de l'intérieur de la Terre montre une fine couche de croûte chevauchant la couche chaude et déformable du manteau. Ce modèle simplifié pourrait donner l'impression que la croûte surfe simplement sur le manteau, se déplaçant de cette façon et cela par les courants inexplicables ci-dessous.
Mais ce n'est pas tout à fait ça. Les scientifiques de la Terre savent depuis longtemps que la croûte et le manteau font partie du même système; ils sont inévitablement liés. Cette compréhension a soulevé la question de savoir si les forces à la surface - telles que la subduction d'un morceau de croûte sous un autre - ou les forces profondes dans le manteau entraînent principalement le mouvement des plaques qui composent la croûte. Coltice et ses collègues ont trouvé que la réponse était que la question était mal posée. C'est parce que les deux couches sont si étroitement liées, elles contribuent toutes les deux.
Au cours des deux dernières décennies, a déclaré Coltice à Live Science, les chercheurs ont travaillé sur des modèles informatiques qui pourraient représenter les interactions croûte-manteau de manière réaliste. Au début des années 2000, certains scientifiques ont développé des modèles de mouvement entraîné par la chaleur (convection) dans le manteau qui ont naturellement donné naissance à quelque chose qui ressemblait à de la tectonique des plaques à la surface. Mais ces modèles nécessitaient beaucoup de main-d'œuvre et n'avaient pas beaucoup de travail de suivi, a déclaré Coltice.
Coltice et ses collègues ont travaillé pendant huit ans sur leur nouvelle version des modèles. La seule exécution de la simulation a pris 9 mois.
Construire une Terre modèle
Coltice et son équipe ont d'abord dû créer une Terre virtuelle, avec des paramètres réalistes: tout, du flux de chaleur à la taille des plaques tectoniques, en passant par le temps qu'il faut généralement aux supercontinents pour se former et se séparer.
Il existe de nombreuses façons dont le modèle n'est pas une imitation parfaite de la Terre, a déclaré Coltice. Par exemple, le programme ne garde pas la trace des déformations des roches précédentes, donc les roches qui se sont déformées auparavant ne sont pas susceptibles de se déformer plus facilement à l'avenir dans leur modèle, comme cela pourrait être le cas dans la vie réelle. Mais le modèle a toujours produit une planète virtuelle d'aspect réaliste, avec des zones de subduction, des dérives continentales et des crêtes et des tranchées océaniques.
Au-delà de montrer que les forces du manteau dominent lorsque les continents se rejoignent, les chercheurs ont découvert que les colonnes chaudes de magma appelées panaches du manteau ne sont pas la principale raison pour laquelle les continents se séparent. Les zones de subduction, où un morceau de croûte est forcé sous un autre, sont les moteurs de l'éclatement du continent, a déclaré Coltice. Les panaches du manteau entrent en jeu plus tard. Les panaches montants préexistants peuvent atteindre des roches de surface qui ont été affaiblies par les forces créées dans les zones de subduction. Ils se sont ensuite insinués dans ces points faibles, ce qui a plus de chances que le supercontinent se fissure à cet endroit.
La prochaine étape, a déclaré Coltice, est de jeter un pont entre le modèle et le monde réel avec des observations. À l'avenir, a-t-il déclaré, le modèle pourrait être utilisé pour tout explorer, des événements volcaniques majeurs à la formation des limites des plaques et à la façon dont le manteau se déplace en fonction de la rotation de la Terre.
