Pour la toute première fois, les chercheurs ont pu jeter un coup d'œil profond dans le manteau de la Terre sous une dorsale médio-océanique ultralente, où ils ont pu observer la fonte du manteau et la croissance de la croûte terrestre.

Il y a plus de 100 ans, le météorologue allemand et aéronaute passionné Alfred Wegener a remarqué dans une lettre à sa future épouse Elsa Köppen un motif étrange qu'il a remarqué sur les cartes du monde.

"La côte est de l'Amérique du Sud ne correspond-elle pas exactement à la côte ouest de l'Afrique, comme s'ils avaient déjà été rejoints ? », aurait-il écrit en décembre 1910. « C'est une idée que je vais devoir poursuivre. »

La perspicacité de Wegener a finalement conduit à la compréhension, plusieurs décennies et de nombreux débats plus tard, que la Terre est faite de plaques qui s'emboîtent comme la coquille craquelée d'un œuf - sauf que les coquilles, ou des assiettes, se déplacer sur une couche plus plastique appelée asthénosphère.

Les zones où les plaques s'écartent, comme au milieu de l'océan Atlantique, sont là où une nouvelle croûte se forme. Ici, la roche en fusion s'élève, formant une crête entre les plaques. Mais parce que ces dorsales médio-océaniques sont en eau profonde et éloignées, ils sont notoirement difficiles à étudier et mal compris.

Maintenant, une équipe de scientifiques norvégiens a utilisé une technologie électromagnétique avancée pour créer les toutes premières images d'un type spécifique de dorsale médio-océanique, comme un moyen d'en savoir plus sur les forces dynamiques dans le manteau terrestre en dessous. Leurs résultats viennent d'être publiés dans La nature

Imagerie profonde de l'inconnu

Stèle Emil Johansen, le premier auteur de l'étude et professeur au Département des géosciences et du pétrole de l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU), dit que les chercheurs ont décidé d'étudier un type spécifique de dorsale médio-océanique appelée dorsale à propagation ultra-lente.

Comme le nom le suggère, c'est là que les plaques se séparent extrêmement lentement, moins de 20 millimètres par an. En revanche, les vitesses mesurées en différentes parties de la plaque Pacifique montrent des mouvements de plus de 150 mm par an.

Plus de 30 pour cent des dorsales médio-océaniques dans le monde sont des dorsales à propagation ultra-lente, il a dit. Mais pour tout ça, les géologues les connaissent très peu.

"Personne n'a jamais imagé ce genre de crêtes avant d'utiliser des méthodes électromagnétiques modernes, et c'est plus profond que ce que nous n'avons jamais pu imaginer auparavant, " dit-il. " Les structures profondes sont tout simplement inconnues. "

Le château de Loki sous la mer

La crête à propagation ultra-lente que l'équipe a étudiée s'appelle Mohns Ridge. Il se trouve au sud-ouest du Svalbard et à l'est de la côte du Groenland.

Ici, la croûte océanique est très mince et il y a un important champ de fumeurs noirs dans une zone appelée le château de Loki. Les fumeurs noirs sont des évents sur le fond marin qui libèrent un flux constant de chaleur extrêmement chaude, eau de mer riche en minéraux. Les fumeurs noirs sont également un emplacement privilégié pour le dépôt de minéraux des grands fonds.

Johansen a déclaré que le projet était axé sur le développement d'informations fondamentales sur les types de forces qui entraînent la remontée des roches du manteau partiellement fondues le long des crêtes.

"C'est de la recherche fondamentale, " il a dit, "bien qu'il fournisse également un aperçu révolutionnaire de la formation des fumeurs noirs et des dépôts de métaux sous-marins."

Mesure de faibles tensions sur de grandes distances

Les chercheurs ont pu utiliser un type spécial de technique d'imagerie électromagnétique appelée technologie d'arpentage électromagnétique à source contrôlée (CSEM). La technologie nécessite qu'un navire place des antennes au fond de l'océan dans une grille, après quoi le navire tracte une source d'énergie électromagnétique sur le réseau sur un long câble et collecte des informations sur l'énergie qui revient du sous-sol.

Les antennes du fond marin sont également capables d'enregistrer un deuxième type de signal électromagnétique, un signal de fond électromagnétique naturel. La technique qui utilise cette énergie est appelée magnétotellurique (MT). "Les particules chargées du soleil créent des courants électriques lorsqu'elles frappent l'atmosphère terrestre. Vous pouvez également voir cette énergie lorsque vous voyez les aurores boréales, " il a dit.

Johansen a dit qu'il est fascinant que ce signal naturel, qui est très faible, peut même être détecté du tout, car il fait un long voyage de l'ionosphère profondément dans le manteau et revient au fond de la mer. Mais ça marche, surtout lorsqu'il est combiné avec la technologie CSEM.

"Ce que nous avons fait pour la première fois, c'est de combiner ces deux signaux en un seul, créer des images assez spectaculaires de ces structures profondes, " il a dit.

Dans ce cas, cependant, les chercheurs voulaient comprendre ce qui se passait sous une crête à propagation ultra-lente. Les structures sous la crête se sont-elles formées passivement en faisant fondre en partie des roches « bouillonnant » lorsque les plaques nord-américaine et eurasienne se sont séparées ? être traduit en images qui montrent la distribution souterraine de différents types de roches ainsi que des fontes et des fluides.

Dans une image, les chercheurs ont pu détecter le système de plomberie pour l'eau de mer en circulation profonde qui forme des gisements minéraux au château de Loki.

Une autre série d'images qu'ils ont faite montre ce qui se passe là où les deux plaques s'écartent, c'est ce qui intéresse le plus les scientifiques.

La technologie a si bien fonctionné qu'ils ont pu créer des images jusqu'à 120 km sous le fond marin. Leurs découvertes, ils ont compris, pourrait aider à expliquer les structures cartographiées sous la crête et également à comprendre les processus fondamentaux qui créent des crêtes ultralentes.

Comprendre comment la nouvelle croûte se forme sur les dorsales médio-océaniques

Même si la théorie de la tectonique des plaques de Wegener a été acceptée au cours des six dernières décennies, et les principes généraux derrière le mouvement des plaques sont généralement compris, il y a encore beaucoup à apprendre, surtout en ce qui concerne les dorsales médio-océaniques.

Ce qu'il est important de comprendre, c'est que lorsque des plaques se séparent dans une partie du globe, les bords des plaques se rencontreront dans une autre partie du globe. Cela signifie que quelque chose doit donner.

Lorsque deux plaques se rencontrent, le côté d'une plaque est poussé, ou subduit, sous l'autre assiette. C'est ce qui se passe dans le Pacifique, où la face orientale de la plaque Pacifique glisse sous le continent sud-américain.

Il y a généralement beaucoup d'activité tectonique, comme les tremblements de terre ou les volcans, aux limites des plaques. Il a tendance à être plus visible lorsque le bord de la plaque est proche du bord continental, comme dans l'ouest de l'Amérique du Nord. Pensez à la Californie.

Système de faîtage passif ou actif

Dans ce cas, cependant, les chercheurs voulaient comprendre ce qui se passait avec la crête à propagation ultra-lente. Les structures sous la crête étaient-elles formées passivement par la fonte partielle des roches « bouillonnant » lorsque les plaques nord-américaine et eurasienne se sont séparées ?

Ou y a-t-il une poussée d'en bas, où la surpression dans le manteau crée un système dynamique qui pousse activement la roche partiellement fondue vers les profondeurs ?

« Normalement, lorsque nous pensons à des plaques qui s'écartent, ils créent un espace entre eux et le magma monte. Donc si vous en faites une image, la chose normale à penser est qu'il est joli et symétrique, " il a dit.

Cependant, quand les scientifiques ont regardé les images qu'ils avaient, ils se sont rendu compte que la plaque lithosphérique du côté est de la crête était beaucoup plus épaisse et plus froide que celle du côté ouest de la crête.

This matters because geologists have traditionally believed that asymmetric thickness along mid-ocean ridges means there must be a dynamic system and that overpressure pushes magma up from the deep mantle.

Dans ce cas, cependant, the researchers realized that there was a much simpler explanation for why the eastern side of the ridge was thicker and deformed:the eastern side of the ridge is the edge of the Eurasian plate, which is slowly moving southwards. En revanche, the North American plate is moving nearly west.

Asymmetric plate movement helps explain the pattern

En bref, "the asymmetry below the ridges doesn't have to be a sign of push from below, " he said. "Maybe it is simpler than that. Maybe when you have asymmetric structures below the ridge, it's because you have asymmetric plate movement at the surface."

That could mean no push from below at the Mohns Ridge, but that the movements of the plates themselves are making the patterns the researchers see, il a dit. It's also another piece of information that will help researchers to better understand how the Earth's tectonic plates behave.

Johansen came to academia after a career working at Equinor, the Norwegian energy company, and with EMGS, the company that has developed the electromagnetic imaging technique the researchers used in their findings.

"People ask me why I do this, " il a dit, he said of his shift to academia. "It's because of the excitement of discovery that is a part of basic research."