Lorsqu'un panache de roche chaude s'élève à travers le manteau terrestre pour percer la croûte sus-jacente, il peut créer non seulement une île océanique volcanique, mais aussi une houle au fond de l'océan sur des centaines à des milliers de kilomètres de long. Au fil du temps, l'île est emportée par la plaque tectonique sous-jacente, et le panache sort une autre île à sa place. Sur des millions d'années, ce point chaud géologique peut produire une chaîne d'îles traînantes, sur laquelle la vie peut s'épanouir temporairement avant que les îles ne sombrent, un par un, retour dans la mer.

La Terre est truffée de dizaines de points chauds, y compris ceux qui ont produit les chaînes d'îles d'Hawaï et des Galapagos. Alors que le processus de formation des îles volcaniques est similaire d'une chaîne à l'autre, le temps qu'une île passe au-dessus du niveau de la mer peut varier considérablement, de quelques millions d'années dans le cas des Galapagos à plus de 20 millions pour les îles Canaries. L'âge d'une île peut déterminer la vie et les paysages qui y évoluent. Et pourtant, les mécanismes qui déterminent la durée de vie d'une île sont en grande partie inconnus.

Maintenant, les scientifiques du MIT ont une idée des processus qui déterminent l'âge d'une île volcanique. Dans un article publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques , ils rapportent une analyse de 14 grandes chaînes d'îles volcaniques à travers le monde. Ils ont découvert que l'âge d'une île est lié à deux principaux facteurs géologiques :la vitesse de la plaque sous-jacente et la taille de la houle générée par le panache du hotspot.

Par exemple, si une île se trouve sur une plaque en mouvement rapide, il est susceptible d'avoir une courte durée de vie, sauf si, comme c'est le cas à Hawaï, il a également été créé par un très grand panache. Le panache qui a donné naissance aux îles hawaïennes est parmi les plus grands de la planète, et tandis que la plaque du Pacifique sur laquelle se trouve Hawaii est relativement rapide par rapport aux autres plaques océaniques, il faut un temps considérable pour que la plaque glisse sur la houle expansive du panache.

Les chercheurs ont découvert que cette interaction entre la vitesse tectonique et la taille du panache explique pourquoi les îles hawaïennes persistent au-dessus du niveau de la mer pendant des millions d'années de plus que les plus anciennes îles Galapagos, qui reposent également sur des plaques qui se déplacent à une vitesse similaire mais sur un panache beaucoup plus petit. Par comparaison, les îles Canaries, parmi les plus anciennes chaînes d'îles au monde, s'asseoir sur la plaque atlantique qui se déplace lentement et au-dessus d'un panache relativement grand.

"Ces chaînes d'îles sont dynamiques, laboratoires insulaires sur lesquels les biologistes se sont longtemps concentrés, " dit l'ancienne étudiante diplômée du MIT Kimberly Huppert, l'auteur principal de l'étude. "Mais outre les études sur les chaînes individuelles, il n'y a pas beaucoup de travaux qui les relient aux processus de la Terre solide, kilomètres sous la surface."

"Vous pouvez imaginer tous ces organismes vivant sur une sorte de tapis roulant fait d'îles, comme des tremplins, et ils évoluent, divergent, migrer vers de nouvelles îles, et les vieilles îles se noient, " ajoute Taylor Perron, chef associé du Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. "Ce que Kim a montré, c'est il existe un mécanisme géophysique qui contrôle la vitesse à laquelle ce tapis roulant se déplace et la durée des chaînes d'îles avant qu'elles ne tombent à la fin. "

Huppert et Perron ont co-écrit l'étude avec Leigh Royden, professeur de terre, sciences atmosphériques et planétaires au MIT.

Couler un chalumeau

La nouvelle étude fait partie du travail de thèse de Huppert au MIT, dans laquelle elle s'est principalement intéressée à l'évolution des paysages sur les chaînes d'îles volcaniques, les îles hawaïennes en particulier. En étudiant les processus qui contribuent à l'érosion des îles, elle a déterré une controverse dans la littérature concernant les processus qui font gonfler le fond marin autour des îles du hotspot.

"L'idée était, si vous chauffez une partie du fond de l'assiette, vous pouvez le faire monter très vite par une simple élévation thermique, essentiellement comme un chalumeau sous la plaque, " dit Royden.

Si cette idée est correcte, puis du même coup, le refroidissement de la plaque chauffante devrait entraîner l'affaissement du fond marin et la résorption des îles dans l'océan. Mais en étudiant les âges des îles noyées dans les chaînes de points chauds du monde entier, Huppert a découvert que les îles se noient à un rythme plus rapide que n'importe quel mécanisme de refroidissement naturel ne pourrait l'expliquer.

« Donc, la majeure partie de ce soulèvement et de cet affaissement ne pouvait pas provenir du chauffage et du refroidissement, " dit Royden. "Ce devait être autre chose."

L'observation de Huppert a inspiré le groupe à comparer les principales chaînes d'îles volcaniques dans l'espoir d'identifier les mécanismes de soulèvement et de naufrage des îles, qui sont probablement les mêmes processus qui définissent la durée de vie d'une île, ou temps au-dessus du niveau de la mer.

Évolution, sur un tapis roulant

Dans leur analyse, les chercheurs ont examiné 14 chaînes d'îles volcaniques dans le monde, y compris l'Hawaïen, Galapagos, et les îles Canaries. Pour chaque chaîne d'îles, ils ont noté la direction dans laquelle la plaque tectonique sous-jacente se déplaçait et ont mesuré la vitesse moyenne de la plaque par rapport au point chaud. Ils ont ensuite mesuré, dans le sens de chaque chaîne d'îles, la distance entre le début et la fin de la houle, ou soulèvement de la croûte, créé par le panache sous-jacent. Pour chaque chaîne d'îles, ils ont divisé la distance de la houle par la vitesse de la plaque pour arriver à un nombre représentant le temps moyen qu'une île volcanique devrait passer au sommet de la houle du panache, ce qui devrait déterminer combien de temps une île reste au-dessus du niveau de la mer avant de sombrer dans l'océan.

Lorsque les chercheurs ont comparé leurs calculs avec l'âge réel de chaque île dans chacune des 14 chaînes, y compris des îles qui avaient depuis longtemps coulé sous le niveau de la mer, ils ont trouvé une forte corrélation entre le temps passé au sommet de la houle et le temps typique pendant lequel les îles restent au-dessus du niveau de la mer. La durée de vie d'une île volcanique, ils ont conclu, dépend d'une combinaison de la vitesse de la plaque sous-jacente et de la taille du panache, ou la houle qu'il crée.

Huppert dit que les processus qui déterminent l'âge d'une île peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre la biodiversité et à quel point la vie est différente d'une chaîne d'îles à l'autre.

"Si une île reste longtemps au-dessus du niveau de la mer, qui laisse un long temps à la spéciation pour se dérouler, " dit Huppert. " Mais si vous avez une chaîne d'îles où vous avez des îles qui se noient à un rythme plus rapide, alors cela affectera la capacité de la faune à rayonner vers les îles voisines, et comment ces îles sont peuplées."

Les chercheurs postulent que, en quelques sortes, nous devons l'interaction de la vitesse tectonique et de la taille du panache à notre compréhension moderne de l'évolution.

"Vous regardez un processus dans la Terre solide qui contribue au fait que les Galapagos sont un tapis roulant très rapide, avec des îles qui s'éloignent très rapidement, avec peu de temps pour s'éroder, et c'était le système qui a conduit les gens à découvrir l'évolution, " note Royden. " Donc, dans un sens, ce processus a vraiment préparé le terrain pour que les humains comprennent ce qu'était l'évolution, en le faisant dans ce microcosme. S'il n'y avait pas eu ce processus, et les Galapagos n'avaient pas été sur ce court temps de résidence, qui sait combien de temps il aurait fallu aux gens pour le comprendre."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.