Les îles Fidji et Vanuatu s’élèvent des eaux tropicales du Pacifique Sud dans l’une des régions les plus tectoniquement actives et géologiquement complexes du monde. Une nouvelle étude du volcanisme dans cette région met en lumière l’ancienne rupture d’un long arc insulaire, qui s’ouvrait comme des « doubles portes de salon ». Les Fidji et le Vanuatu ont commencé comme voisins proches et se sont retrouvés à 800 milles l’un de l’autre sur des sections distinctes de ce qui était autrefois un arc continu.
Les arcs insulaires se forment là où une plaque de la croûte océanique s’enfonce sous une plaque adjacente dans un processus connu sous le nom de subduction, donnant naissance à une ceinture de volcans parallèle à la tranchée où la plaque descendante se plie vers le bas. Les îles sont les plus hauts sommets de vastes chaînes de montagnes sous-marines construites par l’activité volcanique dans la zone de subduction. L’une de ces chaînes va maintenant de la Nouvelle-Zélande jusqu’aux Tonga, puis s’infléchit vers l’ouest jusqu’aux Fidji. Une autre s’étend de la Nouvelle-Guinée jusqu’au Vanuatu.
« Ils étaient tous connectés les uns aux autres, puis ils se sont séparés dans le passé géologique », a expliqué James Gill, professeur émérite de sciences de la Terre et des planètes à l’UC Santa Cruz et premier auteur du nouvel article. « Cet article attribue la rupture à la subduction de la chaîne des monts sous-marins samoans. »
Les Samoa, comme Hawaï, font partie d’une chaîne linéaire de monts sous-marins volcaniques formés lorsque la croûte océanique se déplace sur un « point chaud » du manteau terrestre, provoquant la croissance d’une série de volcans à cet endroit. Une longue chaîne de monts sous-marins s’étend à l’ouest des îles Samoa.
« Lorsque cette chaîne de monts sous-marins a été poussée dans la Terre sous l’arc insulaire, cela a provoqué une indigestion dans la zone de subduction, qui l’a finalement brisée », a déclaré Gill.
En plus des monts sous-marins suspendus dans la zone de subduction, d’autres processus complexes étaient à l’œuvre à travers l’arc insulaire, notamment une inversion de la direction de subduction le long d’une partie de l’arc, la rotation de différents segments et l’ouverture de failles où la propagation des fonds marins crée une nouvelle croûte océanique. L’arc de Vanuatu a tourné dans le sens des aiguilles d’une montre tandis que le fragment de croûte portant les Fidji a tourné dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Ces événements (surnommés « tectonique à double porte » par le géologue Keith Martin en 2013) ont commencé il y a environ 10 millions d’années et se sont déroulés lentement sur des millions d’années jusqu’à la configuration actuelle des îles.
Gill et ses coauteurs ont étudié cette histoire en analysant des échantillons de roche volcanique collectés sur des sites de la région dans les années 1980 par Gill et Peter Whelan, qui était alors étudiant diplômé de l’UCSC et a effectué les premières analyses des échantillons. Pour la nouvelle étude, Gill a reçu un financement d’un Humboldt Research Award pour travailler avec des chercheurs du GEOMAR Helmholz Center for Ocean Research en Allemagne, qui ont effectué des analyses géochimiques modernes pour déterminer la composition isotopique et élémentaire des échantillons.
« Ces analyses nous permettent d’utiliser des isotopes comme traceurs à longue durée de vie pour découvrir ce qui a fondu pour produire le magma qui a éclaté d’un volcan particulier », a expliqué Gill. « Dans ce cas, nous pouvons voir que les monts sous-marins samoans sont le meilleur match pour les roches qui ont éclaté aux Fidji au moment où cet arc insulaire s’est brisé. »
Gill étudie la géologie des îles du Pacifique Sud depuis plus de 50 ans, collectant des centaines d’échantillons de roches volcaniques sur des îles éloignées des Fidji, de l’est de l’Indonésie et des Mariannes, ainsi que sur d’autres sites autour du « bord de feu » du Pacifique. La plupart de ces échantillons se trouvent maintenant dans des collections conservées à la Smithsonian Institution et à l’American Museum of Natural History.
« Lorsque j’ai été embauché il y a 50 ans, l’UCSC lançait un centre d’études sur le Pacifique Sud, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles l’Arboretum compte tant de plantes de Nouvelle-Zélande et d’Australie », a déclaré Gill. « Cet article fait partie des efforts que j’ai déployés tout au long de ma carrière pour comprendre l’évolution géologique des Fidji, et il relie les histoires des Fidji, du Vanuatu et des Samoa. »
L’article, « La rupture est difficile à faire : le magmatisme pendant la rupture de l’arc océanique, l’inversion de la subduction et la cessation », est Publié dans le numéro de décembre de Géochimie, Géophysique, Géosystèmes.
Plus d’information:
James Gill et al, Breaking Up Is Hard to Do: Magmatism during Oceanic Arc Breakup, Subduction Reversal, and Cessation, Géochimie, Géophysique, Géosystèmes (2022). DOI : 10.1029/2022GC010663