Le plancher océanique vieillit pour la plaque Cocos (et d'autres plaques du Pacifique) subductant sous les plaques nord-américaine et caraïbe. L'emplacement de la crête de Tehuantepec est indiqué par la courbe en pointillé violet. Crédit :Union géophysique américaine
La convection dans le manteau terrestre est le moteur de la tectonique des plaques. La matière chaude monte à la surface de la Terre à partir de la frontière entre le noyau et le manteau de la planète, à une profondeur d'environ 3000 kilomètres. La matière froide s'écoule ensuite vers le bas en raison des plaques tectoniques océaniques qui s'enfoncent dans le manteau au niveau des zones de subduction à la surface de la Terre.
Les sismologues ont longtemps cherché à comprendre ce cycle de convection en imageant des plaques de subduction alors qu'elles descendaient dans les profondeurs de la Terre au niveau des tranchées océaniques. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique appelée tomographie sismique, qui est similaire à une échographie médicale.
Une nouvelle étude dans les AGU Journal de recherche géophysique :Terre solide, utilisé un nouveau, plus haute résolution, technique tomographique appelée inversion de forme d'onde pour imager la plaque océanique subductant sous l'Amérique centrale, l'assiette Cocos. Cela a permis la résolution de détails plus fins que les travaux précédents.
Les nouvelles découvertes contribuent à améliorer notre compréhension de la dynamique des plaques lorsqu'elles atteignent le bas du manteau supérieur à une profondeur d'environ 670 kilomètres sous la surface de la Terre et aident les scientifiques à mieux comprendre le cycle de convection entraînant la tectonique des plaques.
La nouvelle étude a utilisé des enregistrements de triplications d'ondes S (ondes de cisaillement sismique) provenant de tremblements de terre en Amérique centrale enregistrés à l'USArray, un large éventail de récepteurs sismiques déployés de 2004 à 2015 dans les États-Unis contigus. Les triplications de formes d'onde se produisent lorsque plusieurs ondes S qui se déplacent le long de chemins légèrement différents arrivent à un observatoire presque en même temps. Les formes d'onde complexes sont difficiles à interpréter en utilisant la tomographie traditionnelle du temps de trajet, mais peut être facilement analysé par inversion de forme d'onde pour extraire toutes les informations disponibles sur la structure à des profondeurs de 670 kilomètres.
Gauche :Coupes verticales à travers les images tomographiques inférées montrant une déformation significative de la dalle Cocos au nord (région bleue dans le panneau supérieur), mais pas au sud (panneau du bas). À droite :vue cartographique de la structure à une profondeur de 370 à 410 km, montrant une possible déchirure de la dalle Cocos. (Remarque :les vitesses sont relatives à la vitesse globale moyenne à chaque profondeur.) Crédit :American Geophysical Union
L'Amérique centrale est une région géologiquement intéressante en raison des grandes variations de l'âge de la plaque Cocos à la tranchée, d'environ 2 millions d'années au nord, à environ la latitude de Mexico, à environ 30 millions d'années au sud, à peu près à la latitude du Costa Rica, avec un saut d'âge d'environ 10 millions d'années à travers une zone de fracture passée appelée la crête de Tehuantepec sous le sud du Mexique.
Les plaques océaniques à la surface de la Terre se refroidissent avec l'âge, ce qui signifie que les plaques plus anciennes sont à la fois plus denses et ont une viscosité plus élevée lorsqu'elles pénètrent dans la fosse océanique; elles peuvent donc s'enfoncer plus facilement dans le manteau que les plaques plus jeunes. Le modèle 3-D de vitesse S obtenu par cette étude montre que les variations de l'âge de la plaque le long de la tranchée sont bien corrélées avec les variations de la forme de la dalle en profondeur, suggérant qu'il existe des variations locales de densité et de viscosité de la dalle Cocos en profondeur dues aux variations d'âge.
L'étude a également identifié la présence d'une possible remontée de matière chaude, appelé « panache, " s'élevant du manteau inférieur sous la partie nord de la dalle Cocos, ce qui pourrait également affecter la façon dont la dalle Cocos s'enfonce dans le manteau supérieur.
Par ailleurs, les images inférées révèlent que la dalle Cocos se déchire peut-être à une profondeur d'environ 400 kilomètres le long de la crête de Tehuantepec. Cela pourrait s'expliquer par la différence de densité de la dalle Cocos au nord et au sud de la dorsale de Tehuantepec, et par le fait que la dorsale de Tehuantepec est probablement une zone faible dans la dalle, ce qui devrait faciliter la déchirure. La comparaison avec les preuves géologiques de surface indique également que cette déchirure s'est produite il y a environ 10 millions d'années, ce qui implique un taux d'enfoncement moyen des dalles dans le manteau supérieur d'environ 4 centimètres par an. Cela peut être utilisé pour imposer des contraintes sur la viscosité du manteau supérieur dans cette région.
Des études antérieures ont montré une grande variabilité régionale dans la dynamique des plaques lorsqu'elles atteignent le bas du manteau supérieur. Dans le futur proche, il devrait être possible d'appliquer les méthodes de cette étude à d'autres zones de subduction afin de mieux comprendre les causes physiques de la variabilité de la subduction.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.
