Les géophysiciens de l'Université Rice ont effectué une tomodensitométrie sismique du manteau supérieur sous le plateau tibétain et ont conclu que la majeure partie du soulèvement dans le sud du Tibet s'est produite dans les 10 millions d'années en raison de la rupture d'un segment épaissi de la lithosphère qui s'étend aujourd'hui au moins 660 kilomètres au-dessous le plateau. Crédit :M. Chen/Université Rice
À l'aide de données sismiques et de supercalculateurs, Les géophysiciens de l'Université Rice ont effectué une tomodensitométrie sismique massive du manteau supérieur sous le plateau tibétain et ont conclu que la moitié sud du « toit du monde » s'est formée en moins d'un quart du temps depuis le début de l'Inde-Eurasie continentale collision.
La recherche, qui paraît en ligne cette semaine dans le journal Communication Nature , constate que la haute altitude du sud du Tibet a été largement atteinte en 10 millions d'années. La collision tectonique de l'Inde continentale avec l'Asie a commencé il y a environ 45 millions d'années.
"Les caractéristiques que nous voyons dans notre image tomographique sont très différentes de ce qui a été vu avant d'utiliser les techniques traditionnelles d'inversion sismique, " dit Min Chen, le chercheur de Rice qui a dirigé le projet. "Parce que nous avons utilisé l'inversion de forme d'onde complète pour assimiler un grand ensemble de données sismiques, nous avons pu voir plus clairement en quoi la lithosphère du manteau supérieur sous le Tibet méridional diffère de celle de la région environnante. Notre image sismique suggère que la lithosphère tibétaine s'est épaissie et a formé une racine plus dense qui s'est détachée et s'est enfoncée plus profondément dans le manteau. Nous concluons que la majeure partie du soulèvement dans le sud du Tibet s'est probablement produite lorsque cette racine lithosphérique s'est détachée. »
La recherche pourrait aider à répondre à des questions de longue date sur la formation du Tibet. Connu sous le nom de « Toit du monde, " le plateau tibétain se dresse à plus de cinq kilomètres au-dessus du niveau de la mer. L'histoire de base de sa création - la collision tectonique entre les continents indien et eurasien - est bien connue des écoliers du monde entier, mais les détails spécifiques sont restés insaisissables. Par exemple, Qu'est-ce qui fait monter le plateau et comment sa haute altitude a-t-elle un impact sur le climat de la Terre ?
"La théorie dominante soutient que le plateau s'est élevé de manière continue une fois que la collision continentale Inde-Eurasie a commencé, et que le plateau est maintenu par le mouvement vers le nord de la plaque indienne, ce qui oblige le plateau à se raccourcir horizontalement et à se déplacer simultanément vers le haut, " a déclaré le co-auteur de l'étude Fenglin Niu, professeur de sciences de la Terre à Rice. "Nos résultats soutiennent un scénario différent, un soulèvement plus rapide et pulsé du sud du Tibet."
Il a fallu trois ans à Chen et à ses collègues pour terminer leur modèle tomographique de la structure de la croûte et du manteau supérieur sous le Tibet. Le modèle est basé sur les lectures de milliers de stations sismiques en Chine, Japon et autres pays d'Asie de l'Est. Les sismomètres enregistrent l'heure d'arrivée et l'amplitude des ondes sismiques, impulsions d'énergie qui sont libérées par les tremblements de terre et qui voyagent à travers la Terre. L'heure d'arrivée d'une onde sismique à un sismomètre particulier dépend du type de roche qu'elle a traversée. Travailler en arrière à partir des lectures des instruments pour calculer les facteurs qui les ont produits est quelque chose que les scientifiques appellent un problème inverse, et les problèmes inverses sismologiques avec des formes d'onde complètes incorporant toutes sortes d'ondes sismiques utilisables sont parmi les problèmes inverses les plus complexes à résoudre.
Chen et ses collègues ont utilisé une technique appelée inversion de forme d'onde complète, "une technique itérative de correspondance de forme d'onde complète qui utilise un code numérique compliqué qui nécessite un calcul parallèle sur des superordinateurs, " elle a dit.
Le plateau tibétain vu depuis la navette spatiale Challenger en octobre 1984. Crédit :NASA
"La technique nous permet vraiment d'utiliser toutes les oscillations sur un grand nombre de sismographes pour construire un modèle 3D plus réaliste de l'intérieur de la Terre, de la même manière que les baleines ou les chauves-souris utilisent l'écho-localisation, " dit-elle. " Les stations sismiques sont comme les oreilles de l'animal, mais l'écho qu'ils entendent est une onde sismique qui a été transmise à travers ou a rebondi sur des éléments souterrains à l'intérieur de la Terre."
Le modèle tomographique comprend des caractéristiques jusqu'à une profondeur d'environ 500 milles sous le Tibet et les montagnes de l'Himalaya. Le modèle a été calculé sur le cluster informatique DAVinCI de Rice et sur des superordinateurs de l'Université du Texas qui font partie de l'Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) de la National Science Foundation.
"Le mécanisme qui a conduit à l'essor du Tibet méridional s'appelle l'épaississement et le naufrage de la lithosphérique, " dit Chen. "Cela s'est produit à cause de la convergence de deux plaques continentales, qui sont chacun flottants et pas faciles à soustraire sous l'autre plaque. L'une des assiettes, dans ce cas du côté tibétain, était plus déformable que l'autre, et il a commencé à se déformer il y a environ 45 millions d'années lorsque la collision a commencé. La croûte et le couvercle rigide du manteau supérieur - la lithosphère - se sont déformés et épaissis, et la partie inférieure plus dense de cette lithosphère épaissie a finalement sombré, ou rompu avec le reste de la lithosphère. Aujourd'hui, dans notre modèle, nous pouvons voir une section en forme de T de cette lithosphère effondrée qui s'étend d'une profondeur d'environ 250 kilomètres à au moins 660 kilomètres."
Chen a dit qu'après la rupture de la racine lithosphérique plus dense, la lithosphère restante sous le Tibet méridional a connu un soulèvement rapide en réponse.
"Le morceau de lithosphère en forme de T s'est enfoncé plus profondément dans le manteau et a également provoqué une remontée d'eau chaude de l'asthénosphère, qui conduit au magmatisme de surface au Tibet méridional, " elle a dit.
Un tel magmatisme est documenté dans les archives rocheuses de la région, commençant il y a environ 30 millions d'années à une époque connue sous le nom d'Oligocène.
"La corrélation spatiale entre notre modèle tomographique et le magmatisme oligocène suggère que le soulèvement du sud du Tibet s'est produit dans une période géologique relativement courte qui aurait pu être aussi courte que 5 millions d'années, " dit Chen.
