Hawaï se trouve au bout d'une chaîne de volcans qui traverse le fond de l'océan Pacifique, mais au milieu de cette chaîne se trouve un coude de 60 degrés. Pendant de nombreuses décennies, les géoscientifiques se sont efforcés d'expliquer exactement comment et pourquoi cette caractéristique s'est produite il y a environ 50 millions d'années. Une nouvelle étude en Avancées scientifiques dirigé par le chercheur postdoctoral Mathew Domeier avec des collègues du Center for Earth Evolution and Dynamics (CEED), Université d'Oslo, met en lumière cette controverse géologique de longue date – Une collision massive au bord de l'océan Pacifique en était la cause.

Panaches du manteau et chaînes volcaniques

Il y a plus qu'il n'y paraît avec les îles hawaïennes de l'océan Pacifique. Les îles se trouvent actuellement au-dessus d'un soi-disant panache de manteau, ou un conduit de roches anormalement chaudes remontant à des milliers de kilomètres de profondeur à l'intérieur de la Terre. Cette caractéristique chaude explique pourquoi les îles sont parsemées de volcans actifs. Mais les îles Hawaï résident également sur la plaque tectonique du Pacifique, qui se déplace au sommet du panache du manteau - à la vitesse fulgurante de quelques cm/an - ce qui signifie que dans quelques millions d'années, les îles auront quitté le conduit chaud et le volcanisme dans les îles hawaïennes cessera.

Alors que les volcans actifs d'Hawaï meurent dans le futur, de nouvelles îles volcaniques apparaîtront ailleurs sur la plaque Pacifique, spécifiquement à des endroits qui remplacent les îles hawaïennes au-dessus du conduit chaud. Ce processus ressemble beaucoup à ce qui se passerait si vous déplaciez une feuille de papier sur une bougie fixe :le mouvement du papier sera enregistré comme une traînée de marques de brûlure dues à la chaleur de la bougie en dessous. Hawaï est actuellement au-dessus de la "bougie, " mais à l'avenir il s'en sera éloigné et la bougie commencera à chanter une nouvelle tache sur le papier.

Ce processus s'est reproduit maintes et maintes fois au cours de la longue histoire de la Terre, et Hawaï n'est que le dernier chapitre volcanique d'une histoire qui remonte à au moins 80 millions d'années. Les îles hawaïennes se situent au bout d'une chaîne de volcans et de monts sous-marins (volcans submergés) aujourd'hui éteints qui s'étend sur environ 6, 000 km au nord-ouest à travers le plancher de la plaque Pacifique, à la jonction entre les îles Aléoutiennes occidentales et la péninsule du Kamchatka. Pour en revenir à notre analogie entre le papier et la bougie, cette chaîne est la même que le chemin des marques brûlées menant en arrière à partir de l'emplacement actuel de la bougie sous le papier. Dans le Pacifique, les volcans et monts sous-marins qui constituent cette chaîne vieillissent progressivement vers le nord-ouest, comme on pouvait s'y attendre si la chaîne marquait la dérive lente et progressive de la plaque Pacifique au-dessus d'un panache mantellique.

Mais quelque chose de curieux attire le regard sur cette chaîne volcanique immergée dans le Pacifique :elle n'est pas rectiligne. Un pli très visible divise la chaîne en deux segments :un segment principalement orienté vers l'ouest (la « chaîne hawaïenne ») et un segment principalement orienté vers le nord (la « chaîne de l'empereur »); le coude entre est donc communément appelé le « Hawaiian-Emperor Bend ». Les roches volcaniques prélevées sur les monts sous-marins de part et d'autre du coude ont été datées, et indiquent que le virage s'est développé il y a environ 47 millions d'années.

Alors qu'est-ce qui l'a causé ? Cette question même est la source de débats et de controverses parmi les chercheurs depuis un demi-siècle. L'explication classique est que la courbure a marqué un changement rapide et substantiel dans la direction du mouvement de la plaque Pacifique il y a environ 50 millions d'années, mais les partisans de cette interprétation ont eu du mal à expliquer pourquoi ce changement soudain s'est produit.

1. L'équipe de recherche de l'Université d'Oslo a soigneusement rassemblé une variété de preuves qui suggèrent que la plaque Pacifique a changé son cours il y a environ 50 millions d'années parce qu'un archipel qui formait auparavant l'extrémité nord de la plaque Pacifique s'est écrasé en Asie orientale à cette époque.
2. L'archipel comprenait ce qu'on appelle un arc insulaire :une chaîne allongée de volcans et de roches volcaniques formée au-dessus d'une zone de subduction (une zone où le fond marin d'une plaque tectonique océanique est poussé sous une autre plaque tectonique et s'enfonce dans le manteau en dessous). L'équipe a pu établir l'histoire enflammée de l'arc insulaire et sa relation avec Hawaiian-Emperor Bend à partir de trois sources de données clés :
3. Roches exotiques :Les morceaux de cet arc insulaire, qui se trouvent maintenant sur la péninsule du Kamchatka et dans les îles japonaises, sont géologiquement exotiques, ce qui signifie qu'elles n'ont pas les mêmes caractéristiques que d'autres roches de la même région et ont été clairement transportées d'ailleurs - et elles révèlent spécifiquement qu'elles se sont formées loin de tout grand continent (comme l'Asie).
4. Roches magnétiques :les informations magnétiques conservées dans les roches de l'arc insulaire (acquises à partir du champ magnétique terrestre lorsque les roches se sont formées à l'origine) peuvent être utilisées pour déterminer la latitude à laquelle elles sont originaires - et les informations magnétiques des roches de l'arc insulaire révèlent qu'elles proviennent de plus au sud que là où ils se trouvent aujourd'hui (cela corrobore aussi leur caractère exotique).
5. Roches profondes :les arcs insulaires ne se développent que le long d'une zone de subduction, donc la formation de l'arc insulaire aurait dû s'accompagner de subduction, et la subduction, à son tour, est associée à l'enfoncement des plaques tectoniques océaniques à l'intérieur de la Terre. Les reliques des plaques océaniques subductées peuvent être « imagées » par les ondes sismiques générées par les tremblements de terre, de la même manière que vos os peuvent être imagés avec des rayons X lors d'un scanner. Par de telles techniques d'imagerie sismique, nous avons identifié les reliques d'un système de subduction qui était autrefois situé à l'extrémité nord de la plaque Pacifique, au même endroit que les roches de l'arc insulaire ont été localisées selon leurs données magnétiques.

Un accident a causé le virage

Ensemble, le géologique, des indices magnétiques et sismiques du Pacifique Nord indiquent que la subduction et la construction d'arcs insulaires ont commencé il y a 80 millions d'années à l'extrémité nord de la plaque Pacifique. Immédiatement après le début de la subduction, la zone de subduction a commencé à se déplacer vers le nord, tirant l'arc insulaire et la plaque Pacifique vers le nord avec lui. Cette migration vers le nord s'est poursuivie de 80 à 50 millions d'années, à ce moment-là, la chaîne de l'empereur a été formée par la dérive nord du Pacifique sur le panache du manteau.

Il y a environ 50 millions d'années, la migration de subduction vers le nord a conduit à une collision colossale entre l'arc insulaire à l'extrémité nord de la plaque Pacifique et le bord nord-est de l'Asie. Ce crash massif a laissé de larges segments de l'ancien arc insulaire bloqués dans le nord-est du Japon et sur la péninsule du Kamchatka, et y a mis fin à la subduction.

Le crash et la cessation de la subduction ont effectivement stoppé le cours vers le nord de la plaque Pacifique à ce moment-là, et c'est cet événement qui était responsable du changement soudain de direction de la plaque Pacifique il y a 50 millions d'années. Donc au final, c'était un fender-bender à l'échelle continentale qui a donné au Pacifique son virage spectaculaire, selon la nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques .