De nouvelles simulations de l'asthénosphère terrestre révèlent que le cycle convectif et l'écoulement entraîné par la pression peuvent parfois amener la couche de manteau la plus fluide de la planète à se déplacer encore plus rapidement que les plaques tectoniques qui la surmontent.

C'est l'une des conclusions d'une nouvelle étude menée par des géophysiciens de l'Université Rice qui ont modélisé l'écoulement dans la couche de manteau de 100 milles d'épaisseur qui commence à la base des plaques tectoniques de la Terre, ou lithosphère.

L'étude, qui est disponible en ligne dans la revue Lettres des sciences de la Terre et des planètes , s'attaque à une question très débattue en géophysique :qu'est-ce qui entraîne le mouvement des plaques tectoniques de la Terre, les 57 dalles imbriquées de la lithosphère qui glissent, se frottent et se cognent dans une danse sismique qui provoque des tremblements de terre, construit des continents et remodèle progressivement la surface de la planète tous les quelques millions d'années ?

"Les plaques tectoniques flottent au-dessus de l'asthénosphère, et la théorie dominante des 40 dernières années est que la lithosphère se déplace indépendamment de l'asthénosphère, et l'asthénosphère ne bouge que parce que les plaques l'entraînent, " a déclaré l'étudiante diplômée Alana Semple, co-auteur principal de la nouvelle étude. "Des observations détaillées de l'asthénosphère d'un groupe de recherche de Lamont ont renvoyé une image plus nuancée et ont suggéré, entre autres, que l'asthénosphère a une vitesse constante en son centre mais change de vitesse à son sommet et à sa base, et qu'il semble parfois couler dans une direction différente de celle de la lithosphère."

La modélisation informatique réalisée à Rice offre un cadre théorique qui peut expliquer ces observations déroutantes, dit Adrien Lenardic, une étude co-auteur et professeur de la Terre, sciences de l'environnement et de la planète à Rice.

« Nous avons montré comment ces situations peuvent se produire grâce à une combinaison d'écoulements à plaques et à pression dans l'asthénosphère, " a-t-il dit. " La clé était de réaliser qu'une théorie développée par l'ancien postdoctorant de Rice Tobias Höink avait le potentiel d'expliquer les observations de Lamont si une représentation plus précise de la viscosité de l'asthénosphère était autorisée. Les simulations numériques d'Alana ont incorporé ce type de viscosité et ont montré que le modèle modifié pouvait expliquer les nouvelles observations. Dans le processus, cela a offert une nouvelle façon de penser la relation entre la lithosphère et l'asthénosphère."

Bien que l'asthénosphère soit faite de roche, il est soumis à une pression intense qui peut faire couler son contenu.

"La convection thermique dans le manteau terrestre génère des variations de pression dynamiques, " dit Semple. " La faiblesse de l'asthénosphère, par rapport aux plaques tectoniques ci-dessus, lui permet de répondre différemment aux variations de pression. Nos modèles montrent comment cela peut conduire à des vitesses d'asthénosphère qui dépassent celles des plaques ci-dessus. Les modèles montrent également comment l'écoulement dans l'asthénosphère peut être décalé de celui des plaques, en ligne avec les observations du groupe Lamont"

La lithosphère océanique se forme au niveau des dorsales médio-océaniques et s'écoule vers les zones de subduction où une plaque tectonique glisse sous une autre. Dans le processus, la lithosphère se refroidit et la chaleur de l'intérieur de la Terre est transférée à sa surface. La subduction recycle le matériau lithosphérique plus froid dans le manteau, et les courants de refroidissement refluent dans l'intérieur profond.

Le modèle 3-D de Semple simule à la fois ce cycle convectif et l'asthénosphère. Elle a remercié le Centre de recherche en informatique (CRC) de Rice pour son aide à l'exécution de simulations, dont certaines ont duré jusqu'à six semaines, sur le superordinateur DAVinCI de Rice.

Semple a déclaré que les simulations montrent comment le cyclage convectif et le flux entraîné par la pression peuvent entraîner un mouvement tectonique.

"Notre article suggère que l'écoulement entraîné par la pression dans l'asthénosphère peut contribuer au mouvement des plaques tectoniques en entraînant des plaques avec lui, " a-t-elle dit. " Une contribution notable vient de 'la traction ' un processus gravitaire qui tire les plaques vers les zones de subduction. Le tirage de dalle peut toujours être le processus dominant qui déplace les plaques, mais nos modèles montrent que le flux d'asthénosphère apporte une contribution plus importante au mouvement des plaques qu'on ne le pensait auparavant."