Un groupe international de géologues a démontré par simulation informatique que d’énormes éruptions de magma peuvent se déclencher plus profondément sous la surface de la Terre qu’on ne le pensait auparavant. De telles éruptions de basalte ont causé de nombreux changements climatiques mondiaux et de grands événements d’extinction de masse dans le passé.
De grandes éruptions de magma ont produit de grandes inondations de lave basaltique sur les continents au cours de l’histoire de la Terre. Classiquement, on pense que les plus grandes éruptions de basalte d’inondation ne sont possibles que dans les régions où les plaques tectoniques continentales sont inhabituellement minces, de sorte que le matériau du manteau profond peut s’élever près de la surface de la Terre. Dans ces environnements à basse pression, la fonte du manteau chaud peut générer de très grandes quantités de magma.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université d’Helsinki et de l’Université d’Aarhus remet en question ce point de vue largement répandu.
« L’idée que les éruptions de basalte d’inondation nécessitent généralement la fonte du manteau dans des conditions de basse pression est largement basée sur les compositions en éléments traces des magmas en éruption », explique le Dr Jussi Heinonen, Université d’Helsinki, l’auteur principal de la récente Journal de pétrologie article décrivant cette étude.
Il précise en outre que les quantités relatives d’éléments de terres rares dans de nombreux basaltes d’inondation indiquent la formation de magma en présence de minéraux du manteau à basse pression.
Prise en charge de la simulation informatique
La nouvelle étude a été réalisée dans le cadre d’un projet de recherche axé sur l’origine des basaltes d’inondation qui ont éclaté en Afrique australe et en Antarctique lorsque ces continents étaient attachés les uns aux autres en tant que parties de la Pangée il y a environ 180 millions d’années.
« Nous sommes devenus curieux de connaître la présence de la plupart des basaltes d’inondation dans les régions où les plaques tectoniques africaines et antarctiques sont épaisses plutôt que minces », explique le Dr Arto Luttinen, chef de l’équipe de l’Université d’Helsinki. « De plus, nous avons découvert que de nombreux basaltes d’inondation qui ont des compositions d’éléments de terres rares, suggérant des conditions de formation à haute pression, sont en fait situés dans des régions minces des plaques tectoniques. »
L’idée d’une hypothèse alternative a commencé à se former après la découverte par l’équipe d’un type de basalte d’inondation au Mozambique qui montre des preuves de composition pour des températures d’éruption exceptionnellement élevées.
« Ces basaltes d’inondation nous ont fait envisager la possibilité que la fusion d’un manteau exceptionnellement chaud puisse conduire à la formation de magmas à haute pression avec des caractéristiques d’oligo-éléments similaires à celles des magmas à basse pression », ajoute Ph.D. étudiante Sanni Turunen de l’Université d’Helsinki.
Les chercheurs ont décidé de tester leur hypothèse à l’aide de l’outil de modélisation géochimique REEBOX PRO, qui permet de simuler de manière réaliste le comportement des minéraux, des magmas et de leur teneur en éléments traces lors de la fusion du manteau.
« Nous avons été ravis de découvrir que les simulations soutenaient notre hypothèse en prédisant la consommation totale de grenat, un minéral diagnostique des conditions de haute pression, lorsque la fonte du manteau s’est produite aux températures élevées indiquées par les basaltes d’inondation », explique le Dr Eric Brown, Aarhus University, co-auteur de l’article et l’un des développeurs de l’outil REEBOX PRO.
Les magmas formés à haute pression peuvent ainsi ressembler chimiquement à des magmas à basse pression lorsque la source mantellique est très chaude. De plus, les résultats ont indiqué la survie du grenat à des pressions relativement basses lorsqu’un type différent de source du manteau a été sélectionné pour la modélisation.
« Nos résultats nous aident à comprendre la controverse apparente entre les occurrences de basaltes d’inondation d’Afrique australe et de l’Antarctique et leurs caractéristiques d’éléments traces. Plus important encore, nous montrons que des basaltes d’inondation volumineux peuvent se former dans des régions de plaques tectoniques épaisses et que les compositions en éléments traces de les basaltes d’inondation ne sont pas des messagers fiables des profondeurs de génération de magma, à moins que les influences de la température et de la composition du manteau ne soient prises en compte », concluent les auteurs.
Plus d’information:
Jussi S Heinonen et al, Éléments de terres rares lourdes et sources de basaltes continentaux, Journal de pétrologie (2022). DOI : 10.1093/pétrologie/egac098