Les scientifiques résolvent le mystère de longue date de l’élévation des continents

L’étude suggère que la fragmentation des continents provoque de profondes ondes de sol, donnant naissance à des caractéristiques topographiques telles que des falaises et des plateaux.

Une équipe de scientifiques dirigée par l’Université de Southampton a répondu à l’une des questions les plus déroutantes de la tectonique des plaques : comment et pourquoi des parties « stables » des continents s’élèvent progressivement pour former certaines des plus grandes caractéristiques topographiques de la planète.

Dans leur étude récemment publiée dans natureLes chercheurs ont examiné les effets des forces tectoniques mondiales sur l’évolution des paysages sur des centaines de millions d’années. Ils ont découvert que lorsque les plaques tectoniques se séparent, de puissantes ondes sont libérées au plus profond de la Terre, ce qui peut provoquer une élévation des surfaces continentales de plus d’un kilomètre.

Le puzzle des pentes et des plateaux

Ces découvertes aident à résoudre une énigme de longue date sur les forces dynamiques qui façonnent et lient certains des reliefs les plus spectaculaires de la Terre – de vastes éléments topographiques appelés « falaises » et « plateaux » qui influencent profondément le climat et les quartiers.

« Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que des éléments topographiques escarpés et hauts d’un kilomètre appelés grandes falaises – comme l’exemple classique entourant l’Afrique du Sud – se forment lorsque les continents se divisent et finissent par se diviser. Cependant, l’explication de l’élévation de l’intérieur des continents est loin d’être « est. ce processus lié à la formation de ces imposantes falaises, nous ne le savions tout simplement pas », a déclaré l’auteur principal Tom Gernon, professeur de géosciences à l’Université de Southampton.

Les mouvements verticaux des parties stables des continents, appelées cratons, restent l’un des aspects les moins bien compris de la tectonique des plaques.

Une équipe de l’Université de Southampton, comprenant le Dr Thea Hincks, le Dr Derek Kerr et Alice Cunningham, a collaboré avec des collègues du Helmholtz Center Potsdam – le centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences et… Université de Birmingham Pour répondre à cette question fondamentale.

Leurs découvertes aident à expliquer pourquoi des parties de continents que l’on pensait auparavant « stables » subissent un soulèvement et une érosion importants, et comment de tels processus peuvent migrer sur des centaines, voire des milliers de kilomètres à l’intérieur des terres, formant de vastes zones élevées appelées plateaux, comme le plateau central. en Afrique australe.

Modélisation du soulèvement et de l’érosion des continents

Sur la base de leur étude reliant les éruptions de diamants à la rupture des continents, Publié l’année dernière dans natureL’équipe a utilisé des modèles informatiques avancés et des méthodes statistiques pour étudier comment la surface de la Terre réagit à la rupture des plaques continentales au fil du temps.

Ils ont découvert que lorsque les continents se divisent, l’expansion de la croûte continentale provoque des mouvements cinématiques dans le manteau terrestre (la couche massive située entre la croûte et le noyau).

« Ce processus peut être comparé à un mouvement radical qui se déplace vers les continents et perturbe leurs fondations profondes », a déclaré le professeur Sascha Brun, qui dirige le département de modélisation géodynamique du GFZ Potsdam.

Le professeur Brun et le Dr Anne Glerum, qui travaillent également à Potsdam, ont réalisé une simulation pour étudier l’évolution de ce processus. L’équipe a remarqué une tendance intéressante : la vitesse des « vagues » du manteau se déplaçant sous les continents dans leur simulation correspond étroitement à la vitesse des événements d’érosion majeurs qui ont balayé le paysage d’Afrique australe après la dislocation de l’ancien supercontinent Gondwana.

Les scientifiques ont rassemblé des preuves que de grandes falaises se sont formées aux bords des anciennes vallées du rift, tout comme les parois abruptes que nous voyons aujourd’hui sur les marges des rifts en Afrique de l’Est. Dans le même temps, l’événement de rifting a également déclenché une « vague profonde du manteau » qui se déplace le long de la base du continent à une vitesse de 15 à 20 kilomètres par million d’années.

Ils pensent que cette vague a pour effet d’éliminer les couches de roches des racines des continents en raison de la convection.

« Tout comme les ballons perdent du poids pour s’élever plus haut, la perte de matière continentale entraîne l’élévation des continents – un processus appelé isoélévation », a déclaré le professeur Brun.

Sur cette base, l’équipe a modélisé la manière dont le paysage réagirait à ce soulèvement induit par le manteau. Ils ont découvert que l’instabilité du manteau migrateur entraîne une vague d’érosion de surface qui dure des dizaines de millions d’années et se déplace à travers le continent à une vitesse similaire. Cette érosion intense enlève un poids énorme aux roches, provoquant une élévation encore plus grande de la surface de la Terre, créant ainsi de hauts plateaux.

«Nos modèles d’évolution du paysage montrent comment une série d’événements liés au rifting peut conduire à la fois à un escarpement et à un plateau stable et plat, bien que issu de l’érosion d’une couche de plusieurs milliers de mètres de roche.

L’étude de l’équipe fournit une nouvelle explication aux mouvements verticaux déroutants des continents éloignés des marges continentales, où le soulèvement est plus courant.

Le Dr Steve Jones, professeur agrégé en systèmes terrestres à l’Université de Birmingham, a ajouté : « Ce que nous avons ici est un argument convaincant selon lequel le rifting peut, dans certaines conditions, générer directement des cellules de convection à longue durée de vie dans le manteau supérieur, et ces rifting- Les systèmes convectifs induits ont « un effet profond sur la topographie de la surface de la Terre, l’érosion, la sédimentation et la répartition des ressources naturelles ».

Conclusion et orientations futures

L’équipe a conclu que la même cascade de perturbations du manteau qui déclenche l’émergence rapide des diamants des profondeurs de la Terre façonne également fondamentalement les paysages continentaux, influençant une série de facteurs allant du climat régional et de la biodiversité aux modèles d’établissement humain.

Le professeur Gernon, qui a reçu une subvention philanthropique majeure de la Fondation WoodNext, administrée par la Greater Houston Community Foundation, pour étudier le refroidissement global, a expliqué que la rupture des continents perturbe non seulement les couches profondes de la Terre, mais a également des effets qui se répercutent à travers le monde. la surface des continents, ce que l’on pensait auparavant, n’est pas le cas. Elle est stable.

« La déstabilisation des noyaux continentaux a dû également affecter les climats anciens », a conclu le professeur Gernon.

Référence : « Co-évolution des marges et des intérieurs des continents lors de la séparation continentale » par Thomas M. Gernon et Tia K. Hincks, Sascha Bron, Jane Brown et Stephen M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham et Annie Glerum, 7 août 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07717-1