Depuis des décennies, les scientifiques ont émis l'hypothèse que le mouvement des plaques tectoniques de la Terre est en grande partie entraîné par la flottabilité négative créée lorsqu'elles se refroidissent. Nouvelle recherche, cependant, montre que la dynamique des plaques est entraînée de manière significative par la force supplémentaire de chaleur tirée du noyau de la Terre.

Les nouvelles découvertes remettent également en question la théorie selon laquelle les chaînes de montagnes sous-marines connues sous le nom de dorsales médio-océaniques sont des frontières passives entre les plaques en mouvement. Les résultats montrent la montée du Pacifique Est, la dorsale médio-océanique dominante de la Terre, est dynamique lorsque la chaleur est transférée.

David B. Rowley, professeur de sciences géophysiques à l'Université de Chicago, et d'autres chercheurs sont arrivés aux conclusions en combinant les observations de la montée du Pacifique Est avec des informations issues de la modélisation de l'écoulement du manteau là-bas. Les résultats ont été publiés le 23 décembre dans Avancées scientifiques .

« Nous constatons un fort soutien pour les contributions significatives du manteau profond de la dynamique de la chaleur à la plaque dans l'hémisphère Pacifique, " dit Rowley, auteur principal de l'article. "La chaleur de la base du manteau contribue de manière significative à la force du flux de chaleur dans le manteau et à la tectonique des plaques qui en résulte."

Les chercheurs estiment que jusqu'à environ 50 % de la dynamique des plaques est entraînée par la chaleur du noyau terrestre et jusqu'à 20 térawatts de flux de chaleur entre le noyau et le manteau.

Contrairement à la plupart des autres dorsales médio-océaniques, l'Est du Pacifique dans son ensemble ne s'est pas déplacé d'est en ouest depuis 50 à 80 millions d'années, même si certaines parties se sont propagées de manière asymétrique. Cette dynamique ne peut s'expliquer uniquement par la subduction, un processus par lequel une plaque se déplace sous une autre ou s'enfonce. Les chercheurs dans les nouvelles découvertes attribuent le phénomène à la flottabilité créée par la chaleur provenant des profondeurs de l'intérieur de la Terre.

"L'Est du Pacifique est stable parce que le flux provenant du manteau profond l'a capturé, " a déclaré Rowley. " Cette stabilité est directement liée et contrôlée par la remontée du manteau, " ou la libération de chaleur du noyau terrestre à travers le manteau vers la surface.

La dorsale médio-atlantique, en particulier dans l'Atlantique Sud, peut également avoir un couplage direct avec un écoulement profond du manteau, il ajouta.

« Les conséquences de ces recherches sont très importantes pour tous les scientifiques travaillant sur la dynamique de la Terre, dont la tectonique des plaques, activité sismique et volcanisme, " a déclaré Jean Braun du Centre de recherche allemand pour les géosciences, qui n'a pas participé à la recherche.

Les forces à l'œuvre

Convection, ou le flux de matériau du manteau transportant de la chaleur, entraîne la tectonique des plaques. Comme prévu dans la recherche actuelle, le chauffage à la base du manteau réduit la densité de la matière, lui donnant de la flottabilité et le faisant s'élever à travers le manteau et se coupler avec les plaques sus-jacentes adjacentes à l'Est du Pacifique. La flottabilité profonde du manteau, avec refroidissement des plaques en surface, crée une flottabilité négative qui, ensemble, explique les observations le long de la dorsale du Pacifique Est et des zones de subduction du Pacifique environnantes.

Un débat sur l'origine des forces motrices de la tectonique des plaques remonte au début des années 1970. Les scientifiques ont demandé :la flottabilité qui entraîne les plaques provient-elle principalement du refroidissement des plaques à la surface ? analogue au refroidissement et au renversement des lacs en hiver ? Ou, existe-t-il également une source de flottabilité positive provenant de la chaleur à la base du manteau associée à la chaleur extraite du noyau et, si c'est le cas, dans quelle mesure cela contribue-t-il aux mouvements des plaques ? Cette dernière théorie est analogue à la cuisson des flocons d'avoine :la chaleur au fond fait monter les flocons d'avoine, et la perte de chaleur le long de la surface supérieure refroidit la farine d'avoine, le faisant couler.

Jusqu'à maintenant, la plupart des évaluations ont privilégié le premier scénario, avec peu ou pas de contribution de la flottabilité résultant de la chaleur à la base. Les nouveaux résultats suggèrent que le deuxième scénario est nécessaire pour tenir compte des observations, et qu'il y a une contribution à peu près égale des deux sources de la flottabilité entraînant les plaques, au moins dans le bassin du Pacifique.

« Sur la base de nos modèles de convection du manteau, le manteau peut retirer jusqu'à la moitié du budget total de chaleur convective de la Terre du noyau, " dit Rowley.

De nombreux travaux ont été réalisés au cours des quatre dernières décennies pour représenter la convection du manteau par simulation informatique. Maintenant, les modèles devront être révisés pour tenir compte de l'upwelling du manteau, selon les chercheurs.

"L'implication de notre travail est que les manuels devront être réécrits, " dit Rowley.

La recherche pourrait avoir des implications plus larges pour comprendre la formation de la Terre, dit Braun. "Cela a des conséquences importantes sur le budget thermique de la Terre et sur le soi-disant "refroidissement séculaire" du noyau. Si la chaleur provenant du noyau est plus importante que nous le pensions, cela implique que la chaleur totale stockée à l'origine dans le noyau est beaucoup plus importante que nous le pensions.

"Aussi, le champ magnétique de la Terre est généré par l'écoulement dans le noyau liquide, les découvertes de Rowley et de ses co-auteurs sont donc susceptibles d'avoir des implications pour notre compréhension de l'existence, caractère et amplitude du champ magnétique terrestre et son évolution au cours des temps géologiques, " a ajouté Braun.