« Panache (géologie) » : différence entre les versions
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Un '''panache''' est, en géologie, une remontée de roches anormalement chaudes, provenant du manteau terrestre. Comme la partie haute des panaches peut fondre partiellement en atteignant des profondeurs faibles, |
Un '''panache''' est, en [[géologie]], une remontée de roches anormalement chaudes, provenant du [[manteau terrestre]]. Comme la partie haute des panaches peut fondre partiellement en atteignant des profondeurs faibles, ils sont souvent à l'origine de centres magmatiques tels que les [[Point chaud (géologie)|points chauds]], et peuvent être à l'origine de grandes coulées [[Basalte|basaltiques]] appelées [[trapp]]s. |
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C'est un phénomène permettant à la Terre |
C'est un phénomène permettant à la Terre d'évacuer sa chaleur interne, mais qui reste d'une importance secondaire par rapport à la chaleur perdue en limite de [[Plaque tectonique|plaques lithosphériques]]. {{Référence souhaitée|Certains scientifiques pensent que la tectonique des plaques refroidirait le manteau, alors que les panaches refroidiraient le [[noyau terrestre]]}}. En 2016, une [[modélisation]] thermomécanique suggère que les panaches sont à l'origine des premières plaques tectoniques en fracturant la [[croûte terrestre]] il y a [[Archéen|4 milliards d’années]]<ref>{{Article|langue=en|auteur=T. V. Gerya, R. J. Stern, M. Baes, S. V. Sobolev & S. A. Whattam|titre=Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation|périodique=Nature|date=12 novembre 2015|volume=|numéro=527|pages=221–225|doi=10.1038/nature15752}}</ref>. |
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== Le modèle de panache–point chaud de Wilson–Morgan == |
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== Théorie de [[William Jason Morgan|Morgan]] - Formation des panaches == |
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Le modèle de panache–point chaud de Wilson–Morgan ([[John Tuzo Wilson|Wilson]], 1963<ref>{{Article|langue=en|auteur=J.T. Wilson|titre=A possible origin of the Hawaiian Islands|périodique=Revue canadienne de physique|date=janvier 1963|volume=41|numéro=6|pages=863-870|doi=10.1139/p63-094}}.</ref> ; [[William Jason Morgan|Morgan]], 1971<ref>{{Article|langue=en|auteur=W. J. Morgan|titre=Convection Plumes in the Lower Mantle|périodique=Nature|date=5 mars 1971|volume=230|numéro=|pages=42-43|doi=10.1038/230042a0}}.</ref>) explique le volcanisme de [[Point chaud (géologie)|points chauds]] par l'existence de panaches fins asthénosphériques. Ce modèle est depuis complété par celui de [[superpanache]] [[manteau terrestre|mantellique]], qui est considéré comme un mécanisme majeur des [[Cycle de Wilson|cycles wilsoniens]], capable de fracturer un [[supercontinent]] en l’affaiblissant thermiquement<ref>{{Article|langue=en|auteur=I.W.D Dalziel, L.A. Lawver, J.B. Murphy|titre=Plumes, orogenesis, and supercontinental fragmentation|périodique=Earth and Planetary Science Letters|date=15 mai 2000|volume=178|numéro=1–2|pages=1-11|doi=10.1016/S0012-821X(00)00061-3}}.</ref>{{,}}<ref>{{ouvrage|langue=en|auteur=David A. Yuen, Shigenori Maruyama, Shun-ichiro Karato, Brian F. Windley|titre=Superplumes: Beyond Plate Tectonics|éditeur=Springer Science & Business Media|date=2007|pages totales=569|lire en ligne={{Google Livres|QwRKeL_pA7wC}}}}.</ref>. Si le développement des chaînes d’[[accrétion]] semble intimement lié au cycle des supercontinents et à l’activité de panaches, aucune corrélation temporelle simple n'est pour l'instant observée<ref>{{Article|langue=en|auteur=Kent C. Condie|titre=Accretionary orogens in space and time|périodique=The Geological Society of America Memoir|date=2007|volume=200|pages=145-158}}.</ref>. |
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On suppose, en accord avec un hypothétique ralentissement du mouvement des plaques, qui peut être associé à la formation d'un supercontinent durant une période longue et prolongée, que, en l'absence de convection mantellique, le manteau inférieur commencerait à |
On suppose, en accord avec un hypothétique ralentissement du mouvement des plaques, qui peut être associé à la formation d'un [[supercontinent]] durant une période longue et prolongée, que, en l'absence de [[convection mantellique]], le manteau inférieur commencerait à surchauffer localement. Ces régions plus chaudes du manteau, à proximité de l'interface noyau-manteau, subissent une [[poussée d'Archimède]] relativement au matériau qui les entoure, et commencent à monter par [[diapir]]isme. |
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Ce panache |
Ce super-panache remonte au travers du manteau. En atteignant de faibles profondeurs dans l’[[asthénosphère]], le haut du panache subit une fusion partielle, du fait de la décompression induite par la chute de la [[pression lithostatique]], et de grands volumes de [[magma (géologie)|magma]] se forment. Ce magma remonte à travers l’asthénosphère jusqu'à atteindre la croûte, où se forme un [[Point chaud (géologie)|point chaud]]. Du fait de leur profondeur importante, il est difficile de prouver l'existence des super-panaches et la théorie de Morgan est assez controversée. |
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Du fait de leur profondeur importante, il est difficile de prouver leur existence et la théorie de Morgan est assez controversée. |
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== Arguments soutenant la théorie == |
== Arguments soutenant la théorie == |
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| ⚫ | Les panaches fournissent une explication au volcanisme intraplaque de [[Point chaud (géologie)|points chauds]]. Divers éléments soutiennent cette idée : l'alignement des volcans, la fixité des points chauds, et les anomalies géophysiques et géochimiques. La chaîne d'îles volcaniques d'Hawaii a été la principale anomalie volcanique utilisée pour expliquer la théorie des panaches (Morgan, 1972<ref>{{Article|langue=en|auteur=W. Jason Morgan|titre=Deep mantle convection plumes and plate motions|périodique=The American Association of Petroleum Geologists Bulletin|date=1972|volume=56|numéro=2|pages=203-213|doi=10.1306/819A3E50-16C5-11D7-8645000102C1865D}}</ref> et [[John Tuzo Wilson|Wilson]], 1963<ref>{{Article|langue=en|auteur=J. Tuzo Wilson|titre=A possible origin of the Hawaiian Islands|périodique=Revue canadienne de physique|date=1963|volume=41|numéro=6|pages=863-870|doi=10.1139/p63-094}}</ref>). |
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=== Alignements volcaniques === |
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La linéarité apparente des îles de cette chaîne et leur distribution en âges progressifs s'explique dans ce contexte comme étant le résultat de l'action de la remontée d'un panache du manteau profond ves la croûte inférieure, en un point fixe, et formant à son effusion une traînée d'îles, du fait du mouvement des plaques lithosphériques (Morgan, 1972). |
La linéarité apparente des îles de cette chaîne et leur distribution en âges progressifs s'explique dans ce contexte comme étant le résultat de l'action de la remontée d'un panache du manteau profond ves la croûte inférieure, en un point fixe, et formant à son effusion une traînée d'îles, du fait du mouvement des plaques lithosphériques (Morgan, 1972). |
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=== Géochimie === |
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L'étude des isotopes de l'[[hélium]] fournit de précieuses informations. L'[[hélium 3]] est un isotope rare sur Terre. Il a été produit essentiellement par la [[nucléosynthèse primordiale]] comme l'[[hélium 4]], plus commun. Il a été incorporé dans les matériaux terrestres lors de la [[histoire de la Terre|formation de la Terre]], mais contrairement à l'hélium 4 qui est généré par [[Radioactivité α|radioactivité alpha]], la quantité d'hélium 3 sur Terre est partie d'une valeur initiale qui a décru par dégazage et [[échappement atmosphérique]]. Dans les [[MORB]] ([[basalte]]s des [[dorsale (géologie)|dorsales océaniques]]) et surtout dans les [[OIB (géologie)|OIB]] ([[basalte]]s des îles océaniques), notamment dans les [[lave]]s [[Hawaï (île)|hawaïennes]], des [[rapport isotopique|rapports isotopiques]] {{3}}He/{{4}}He anormaux ont été découverts, ce qui signifie qu'ils portent la signature d'un [[manteau terrestre]] primitif, non dégazé. |
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L'étude des isotopes du gaz rare [[hélium]] fournit de précieuses informations. |
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L'hélium-3 est un isotope rare sur Terre. Il est produit par le Soleil, et généralement les étoiles, et expulsé au travers de l'espace par l'intermédiaire des vents solaires. Ces isotopes sont en grande partie repoussés par le champ magnétique terrestre. |
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Dans les basaltes des rides océaniques (MORB en anglais), comme ceux trouvés dans les roches volcaniques hawaïennes, des rapports isotopiques ³He/⁴He anormaux ont été découverts, ce qui signifie qu'ils portent la signature d'un manteau terrestre primitif, non dégazé (la Terre n'avait pas d'atmosphère à ce stade ancien). |
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Cependant, des explications alternatives à cette anomalie géochimique ont été proposées (Anderson, 1998). |
Cependant, des explications alternatives à cette anomalie géochimique ont été proposées (Anderson, 1998). |
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=== Anomalies géophysiques === |
=== Anomalies géophysiques === |
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Des anomalies géophysiques ont été identifiées en mesurant les variations temporelles et spatiales de la vitesse des ondes sismiques au travers du globe. Un corps fluide possédant une densité faible (c'est le cas des panaches chauds ou d'un manteau plus liquide) se traduit par une vitesse d'ondes sismiques plus faible que le manteau l'entourant. L'observation des régions où les ondes sismiques ont plus de peine à progresser mettent clairement en évidence des régions où le manteau est anormalement chaud, comme observé sous [[Hawaii]] (Ritsema et al., 1999). |
Des anomalies géophysiques ont été identifiées en mesurant les variations temporelles et spatiales de la vitesse des ondes sismiques au travers du globe. Un corps fluide possédant une densité faible (c'est le cas des panaches chauds ou d'un manteau plus liquide) se traduit par une vitesse d'ondes sismiques plus faible que le manteau l'entourant. L'observation des régions où les ondes sismiques ont plus de peine à progresser mettent clairement en évidence des régions où le manteau est anormalement chaud, comme observé sous [[Hawaii]] (Ritsema et al., 1999). |
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Plus généralement, les scientifiques peuvent, par l'usage d'un réseau dense de sismomètres et par la technique de la [[tomographie]], construire des images en 3 dimensions des vitesses d'ondes afin d'identifier des structures verticales pouvant être des panaches (Yuan et Dueker, 2005). La dynamique en surface et un flux élevé de chaleur sont d'autres indicateurs des panaches (Burov, 2005). |
Plus généralement, les scientifiques peuvent, par l'usage d'un réseau dense de sismomètres et par la technique de la [[tomographie]], construire des images en {{nobr|3 dimensions}} des vitesses d'ondes afin d'identifier des structures verticales pouvant être des panaches (Yuan et Dueker, 2005). La dynamique en surface et un flux élevé de chaleur sont d'autres indicateurs des panaches (Burov, 2005). |
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Des différences de densité entre un panache et un matériau plus tempéré l'entourant permettent aux scientifiques de distinguer les deux. Les ondes sismiques générées par les séismes de forte magnitude sont utilisées pour déterminer la structure interne de la Terre : elles sont ralenties en traversant les matériaux à faible densité. |
Des différences de densité entre un panache et un matériau plus tempéré l'entourant permettent aux scientifiques de distinguer les deux. Les ondes sismiques générées par les séismes de forte magnitude sont utilisées pour déterminer la [[structure interne de la Terre]] : elles sont ralenties en traversant les matériaux à faible densité. |
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En analysant les [[ondes P]], un groupe de scientifiques de Princeton a identifié 32 régions internes du globe où ces ondes circulent de manière plus lente que la moyenne. Leur conclusion est que ces zones sont des panaches. La même équipe a aussi utilisé des [[ondes S]] pour montrer que ces panaches s'étendaient jusqu'à la discontinuité noyau - manteau, aussi nommée « [[Discontinuité de Gutenberg]] » (Montelli et al., 2004). |
En analysant les [[ondes P]], un groupe de scientifiques de Princeton a identifié {{nobr|32 régions}} internes du globe où ces ondes circulent de manière plus lente que la moyenne. Leur conclusion est que ces zones sont des panaches. La même équipe a aussi utilisé des [[ondes S]] pour montrer que ces panaches s'étendaient jusqu'à la discontinuité noyau - manteau, aussi nommée « [[Discontinuité de Gutenberg]] » (Montelli et al., 2004). |
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La modélisation informatique des panaches montre qu'un changement de composition des panaches montants peut leur donner des formes diffuses et variantes, en opposition au modèle premier des panaches, premièrement envisagés comme en forme de champignons, homogènes (Farnetani et Samuel, 2005). |
La modélisation informatique des panaches montre qu'un changement de composition des panaches montants peut leur donner des formes diffuses et variantes, en opposition au modèle premier des panaches, premièrement envisagés comme en forme de champignons, homogènes (Farnetani et Samuel, 2005). |
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Dernière version du 25 novembre 2023 à 08:35
Pour les articles homonymes, voir Panache.
Un panache est, en géologie, une remontée de roches anormalement chaudes, provenant du manteau terrestre. Comme la partie haute des panaches peut fondre partiellement en atteignant des profondeurs faibles, ils sont souvent à l'origine de centres magmatiques tels que les points chauds, et peuvent être à l'origine de grandes coulées basaltiques appelées trapps.
C'est un phénomène permettant à la Terre d'évacuer sa chaleur interne, mais qui reste d'une importance secondaire par rapport à la chaleur perdue en limite de plaques lithosphériques. Certains scientifiques pensent que la tectonique des plaques refroidirait le manteau, alors que les panaches refroidiraient le noyau terrestre[réf. souhaitée]. En 2016, une modélisation thermomécanique suggère que les panaches sont à l'origine des premières plaques tectoniques en fracturant la croûte terrestre il y a 4 milliards d’années[1].
Le modèle de panache–point chaud de Wilson–Morgan[modifier | modifier le code]
Le modèle de panache–point chaud de Wilson–Morgan (Wilson, 1963[2] ; Morgan, 1971[3]) explique le volcanisme de points chauds par l'existence de panaches fins asthénosphériques. Ce modèle est depuis complété par celui de superpanache mantellique, qui est considéré comme un mécanisme majeur des cycles wilsoniens, capable de fracturer un supercontinent en l’affaiblissant thermiquement[4],[5]. Si le développement des chaînes d’accrétion semble intimement lié au cycle des supercontinents et à l’activité de panaches, aucune corrélation temporelle simple n'est pour l'instant observée[6].
On suppose, en accord avec un hypothétique ralentissement du mouvement des plaques, qui peut être associé à la formation d'un supercontinent durant une période longue et prolongée, que, en l'absence de convection mantellique, le manteau inférieur commencerait à surchauffer localement. Ces régions plus chaudes du manteau, à proximité de l'interface noyau-manteau, subissent une poussée d'Archimède relativement au matériau qui les entoure, et commencent à monter par diapirisme.
Ce super-panache remonte au travers du manteau. En atteignant de faibles profondeurs dans l’asthénosphère, le haut du panache subit une fusion partielle, du fait de la décompression induite par la chute de la pression lithostatique, et de grands volumes de magma se forment. Ce magma remonte à travers l’asthénosphère jusqu'à atteindre la croûte, où se forme un point chaud. Du fait de leur profondeur importante, il est difficile de prouver l'existence des super-panaches et la théorie de Morgan est assez controversée.
Arguments soutenant la théorie[modifier | modifier le code]
Les panaches fournissent une explication au volcanisme intraplaque de points chauds. Divers éléments soutiennent cette idée : l'alignement des volcans, la fixité des points chauds, et les anomalies géophysiques et géochimiques. La chaîne d'îles volcaniques d'Hawaii a été la principale anomalie volcanique utilisée pour expliquer la théorie des panaches (Morgan, 1972[7] et Wilson, 1963[8]).
Alignements volcaniques[modifier | modifier le code]
La linéarité apparente des îles de cette chaîne et leur distribution en âges progressifs s'explique dans ce contexte comme étant le résultat de l'action de la remontée d'un panache du manteau profond ves la croûte inférieure, en un point fixe, et formant à son effusion une traînée d'îles, du fait du mouvement des plaques lithosphériques (Morgan, 1972).
Géochimie[modifier | modifier le code]
L'étude des isotopes de l'hélium fournit de précieuses informations. L'hélium 3 est un isotope rare sur Terre. Il a été produit essentiellement par la nucléosynthèse primordiale comme l'hélium 4, plus commun. Il a été incorporé dans les matériaux terrestres lors de la formation de la Terre, mais contrairement à l'hélium 4 qui est généré par radioactivité alpha, la quantité d'hélium 3 sur Terre est partie d'une valeur initiale qui a décru par dégazage et échappement atmosphérique. Dans les MORB (basaltes des dorsales océaniques) et surtout dans les OIB (basaltes des îles océaniques), notamment dans les laves hawaïennes, des rapports isotopiques 3He/4He anormaux ont été découverts, ce qui signifie qu'ils portent la signature d'un manteau terrestre primitif, non dégazé.
Cependant, des explications alternatives à cette anomalie géochimique ont été proposées (Anderson, 1998).
Anomalies géophysiques[modifier | modifier le code]
Des anomalies géophysiques ont été identifiées en mesurant les variations temporelles et spatiales de la vitesse des ondes sismiques au travers du globe. Un corps fluide possédant une densité faible (c'est le cas des panaches chauds ou d'un manteau plus liquide) se traduit par une vitesse d'ondes sismiques plus faible que le manteau l'entourant. L'observation des régions où les ondes sismiques ont plus de peine à progresser mettent clairement en évidence des régions où le manteau est anormalement chaud, comme observé sous Hawaii (Ritsema et al., 1999).
Plus généralement, les scientifiques peuvent, par l'usage d'un réseau dense de sismomètres et par la technique de la tomographie, construire des images en 3 dimensions des vitesses d'ondes afin d'identifier des structures verticales pouvant être des panaches (Yuan et Dueker, 2005). La dynamique en surface et un flux élevé de chaleur sont d'autres indicateurs des panaches (Burov, 2005).
Des différences de densité entre un panache et un matériau plus tempéré l'entourant permettent aux scientifiques de distinguer les deux. Les ondes sismiques générées par les séismes de forte magnitude sont utilisées pour déterminer la structure interne de la Terre : elles sont ralenties en traversant les matériaux à faible densité.
En analysant les ondes P, un groupe de scientifiques de Princeton a identifié 32 régions internes du globe où ces ondes circulent de manière plus lente que la moyenne. Leur conclusion est que ces zones sont des panaches. La même équipe a aussi utilisé des ondes S pour montrer que ces panaches s'étendaient jusqu'à la discontinuité noyau - manteau, aussi nommée « Discontinuité de Gutenberg » (Montelli et al., 2004).
La modélisation informatique des panaches montre qu'un changement de composition des panaches montants peut leur donner des formes diffuses et variantes, en opposition au modèle premier des panaches, premièrement envisagés comme en forme de champignons, homogènes (Farnetani et Samuel, 2005).
Notes et références[modifier | modifier le code]
- (en) T. V. Gerya, R. J. Stern, M. Baes, S. V. Sobolev & S. A. Whattam, « Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation », Nature, no 527, , p. 221–225 (DOI 10.1038/nature15752)
- (en) J.T. Wilson, « A possible origin of the Hawaiian Islands », Revue canadienne de physique, vol. 41, no 6, , p. 863-870 (DOI 10.1139/p63-094).
- (en) W. J. Morgan, « Convection Plumes in the Lower Mantle », Nature, vol. 230, , p. 42-43 (DOI 10.1038/230042a0).
- (en) I.W.D Dalziel, L.A. Lawver, J.B. Murphy, « Plumes, orogenesis, and supercontinental fragmentation », Earth and Planetary Science Letters, vol. 178, nos 1–2, , p. 1-11 (DOI 10.1016/S0012-821X(00)00061-3).
- (en) David A. Yuen, Shigenori Maruyama, Shun-ichiro Karato, Brian F. Windley, Superplumes: Beyond Plate Tectonics, Springer Science & Business Media, , 569 p. (lire en ligne).
- (en) Kent C. Condie, « Accretionary orogens in space and time », The Geological Society of America Memoir, vol. 200, , p. 145-158.
- (en) W. Jason Morgan, « Deep mantle convection plumes and plate motions », The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, vol. 56, no 2, , p. 203-213 (DOI 10.1306/819A3E50-16C5-11D7-8645000102C1865D)
- (en) J. Tuzo Wilson, « A possible origin of the Hawaiian Islands », Revue canadienne de physique, vol. 41, no 6, , p. 863-870 (DOI 10.1139/p63-094)
Liens externes[modifier | modifier le code]
- (en) MantlePlumes.org
