Bien que nous ne puissions pas le voir en action, la Terre produit constamment de nouvelles terres. Cela a lieu dans les zones de subduction, où les plaques tectoniques s'écrasent les unes contre les autres et, ce faisant, creusent des chaînes de volcans à travers lesquelles le magma peut s'élever. Une partie de ce magma ne crache pas, mais à la place se mélange et se transforme juste en dessous de la surface. Il cristallise alors sous forme de nouvelle croûte continentale, sous la forme d'une chaîne de montagnes.

Les scientifiques ont pensé que les chaînes de montagnes de la Terre se sont formées par ce processus sur plusieurs millions d'années. Mais les géologues du MIT ont maintenant découvert que la planète peut générer de nouvelles terres beaucoup plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant.

Dans un article publié dans la revue Géologie , l'équipe montre que certaines parties de la chaîne de montagnes de la Sierra Nevada en Californie se sont élevées étonnamment vite, sur une période de seulement 1,39 million d'années, soit plus de deux fois plus vite que prévu pour la région. Les chercheurs attribuent la formation rapide des terres à une poussée massive de magma.

"Ce qui est vraiment excitant dans nos découvertes, c'est que, avec une nouvelle géochronologie de haute précision, nous avons pu dater à quelle vitesse ce processus de formation de la croûte s'est produit, et nous avons montré que ce grand volume de nouvelle croûte s'est mis en place à un rythme extrêmement rapide, " dit l'auteur principal de l'étude Benjamin Klein Ph.D. '19, qui a effectué la recherche en tant qu'étudiant diplômé au Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS). "C'était en quelque sorte un instant. C'était un peu plus d'un million d'années, mais aux temps géologiques, c'était super rapide."

Les co-auteurs de Klein sont le professeur agrégé Oliver Jagoutz et le chercheur scientifique Jahandar Ramezani, les deux dans EAPS.

Une coupe complète

La chaîne de montagnes de la Sierra Nevada est le produit de la collision de deux plaques tectoniques :la plaque nord-américaine se déplaçant vers l'ouest et ce qui était à l'époque la plaque Farallon, qui se sont enfoncés lentement sous la plaque nord-américaine, glissant finalement entièrement dans le manteau terrestre.

Il y a environ 100 millions d'années, comme les deux plaques sont entrées en collision, ils créèrent d'abord une chaîne de volcans, puis une imposante chaîne de montagnes qui est aujourd'hui la Sierra Nevada.

"Ce qu'est aujourd'hui la côte ouest des États-Unis ressemblait probablement, à l'époque, comme les Andes aujourd'hui, avec des altitudes élevées et une chaîne de grands volcans, ", dit Klein.

Pour leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur une caractéristique géologique de la Sierra Nevada connue sous le nom de suite intrusive, un grand volume de roche qui s'est à l'origine formé profondément à l'intérieur de la Terre. Une fois cristallisé, les rochers forment un nouveau, colonne verticale de la croûte continentale.

Ils se sont concentrés en particulier sur la suite intrusive de Bear Valley, une formation unique en ce qu'elle représente les vestiges de la nouvelle croûte continentale qui est aujourd'hui exposée en surface, comme une étendue de granit de 40 milles. Ces rochers, qui s'étendent aujourd'hui horizontalement le long de la chaîne de montagnes, formé à l'origine comme une colonne verticale. Heures supplémentaires, cette tour de nouvelle croûte continentale érodée, s'étirant et s'inclinant dans sa configuration horizontale actuelle.

"La suite intrusive de Bear Valley nous donne un aperçu complet de ce à quoi ressemblaient ces systèmes de plomberie de magma sous-jacents de grands volcans, où normalement nous aurions un instantané limité, ", dit Klein. "Cela nous permet de réfléchir beaucoup plus complètement à la rapidité avec laquelle la nouvelle croûte a été construite."

Une limite de vitesse pour la nouvelle croûte

L'équipe a collecté des échantillons de roche dans une région du batholite de la Sierra Nevada et les a ramenés au MIT pour analyser leur composition. Ils ont pu déterminer l'âge de neuf échantillons, utilisant la géochronologie uranium-plomb, une technique de datation de haute précision mise au point par le regretté professeur émérite du MIT, Sam Bowring. A partir de chaque échantillon, les chercheurs ont isolé des grains individuels de zircon, un minéral commun dans les roches qui contient de l'uranium et du plomb, le rapport que les scientifiques peuvent mesurer pour obtenir une estimation de l'âge de la roche.

De leurs analyses, Klein et ses collègues ont découvert que l'âge des neuf échantillons s'étendait sur une plage étonnamment courte, de seulement 1,39 million d'années. L'équipe a calculé une estimation de la quantité de magma qui doit avoir cristallisé pour former la nouvelle croûte que les échantillons représentent. Ils ont découvert qu'environ 250 kilomètres cubes de magma sont probablement remontés de l'intérieur de la Terre et se sont transformés en une nouvelle croûte, en seulement 1,39 million d'années.

"C'est environ deux fois et demie plus rapide que les estimations précédentes pour la formation de la croûte dans les Sierras, ce qui est une assez grande différence, ", dit Klein. "Cela nous donne une limite de vitesse maximale pour la vitesse à laquelle ces choses peuvent réellement se produire."

Klein dit qu'étant donné la vitesse de cette nouvelle formation de croûte, la cause probable était une poussée de magma, ou sursaut soudain d'activité magmatique.

"Le batholite entier a été construit en près de 200 millions d'années, mais nous savons qu'au cours de cette période, il y avait des périodes où il était très actif et des périodes plus calmes, avec moins de nouveau matériel ajouté, " dit Klein. " Ce que nous avons pu montrer dans ce domaine, c'est que, au moins localement, le taux auquel le magma a été introduit est beaucoup plus rapide que les taux moyens qui ont été documentés dans les Sierras. »

Les géologues ont pensé que les flambées de magma se produisent à la suite d'une activité inhabituelle sur la Terre, comme des plaques tectoniques entrant soudainement en collision à un rythme plus rapide. Selon tout ce que les chercheurs ont documenté sur la suite intrusive de Bear Valley, cependant, aucune activité de ce genre ne s'est produite au moment où la chaîne de montagnes s'est formée.

"Il n'y a pas de déclencheur évident, ", dit Klein. "Le système avance à peu près, et puis nous voyons ce gros éclat de magma. Cela remet donc en question certaines notions de base sur le terrain, et devrait informer la façon dont les gens pensent à quelle vitesse ces choses pourraient se produire aujourd'hui, dans des endroits comme les Andes ou les volcans du Japon."