Dans les années 1970, les scientifiques ont eu une idée révolutionnaire sur le fonctionnement de l'intérieur profond de la Terre. Ils ont proposé qu'il tourne lentement comme une lampe à lave, avec des gouttes flottantes s'élevant sous forme de panaches de roche du manteau chaud près du noyau de la Terre, où les roches sont si chaudes qu'elles se déplacent comme un fluide.

Selon la théorie, à mesure que ces panaches s'approchent de la surface, ils commencent à fondre, provoquant des éruptions volcaniques massives. Mais les preuves de l'existence de tels panaches se sont avérées insaisissables et les géologues avaient pratiquement rejeté l'idée.

Pourtant, dans un article publié aujourd'hui, nous pouvons maintenant fournir cette preuve. Nos résultats montrent que la Nouvelle-Zélande se trouve au sommet des restes d'un panache volcanique géant aussi ancien. Nous montrons comment ce processus provoque l'activité volcanique et joue un rôle clé dans le fonctionnement de la planète.

Vibrations inhabituelles

Il y a environ 120 millions d'années, à l'époque des dinosaures au Crétacé, de vastes éruptions volcaniques sous l'océan ont créé un plateau sous-marin de la taille de l'Inde. Heures supplémentaires, il a été brisé par les mouvements des plaques tectoniques. Un fragment se trouve maintenant sous la Nouvelle-Zélande et forme le plateau Hikurangi.

Nous avons mesuré la vitesse des ondes de pression sismiques (en fait des ondes sonores) et la façon dont elles se propagent à travers les roches du manteau sous le plateau de Hikurangi. Ces vibrations ont été déclenchées soit par des tremblements de terre soit par des explosions délibérées et ont atteint des vitesses de 9 kilomètres par seconde.

C'est bien connu ces vagues, connu sous le nom d'ondes P, voyager dans le manteau supérieur de la Terre à une vitesse remarquablement constante :environ 8,1 km par seconde (environ 30, 000 km par heure). Même de petits écarts par rapport à cette vitesse constante révèlent des informations importantes sur l'état des roches du manteau.

Depuis la fin des années 1970, des vitesses rapides d'onde P (8,7-9,0 km/s) ont été signalées à une profondeur d'environ 30 km sous l'est de l'île du Nord de la Nouvelle-Zélande. Les vibrations sismiques enregistrées dans ces premières données ne se déplaçaient que dans une direction à travers une petite partie du manteau, et la signification de la vitesse élevée n'était pas claire.

Nos nouvelles données sont beaucoup plus étendues, d'une expérience sismique majeure en 2012 qui a couvert le sud de l'île du Nord et les régions extracôtières, y compris le plateau Hikurangi.

Il montre que la vitesse des ondes P a atteint 9 km/s, quelle que soit la direction horizontale dans laquelle ils se sont déplacés. Mais une analyse minutieuse des vibrations déclenchées par des tremblements de terre profonds a montré des vitesses inhabituellement faibles pour les vibrations se déplaçant dans la direction verticale.

Cela révèle des informations cruciales sur la façon dont les roches du manteau ont été étirées ou comprimées par les énormes forces à l'intérieur de la Terre, et cela s'avère confirmer l'existence des panaches insaisissables.

Une crêpe sismique

Le modèle de vitesses sismiques que nous avons observé nécessite que les roches du manteau sous le plateau de Hikurangi aient été étirées et pressées de la même manière que l'on pourrait produire une forme de crêpe en aplatissant une balle en caoutchouc.

Lorsque nous avons effectué des simulations informatiques de panaches ascendants dans le manteau, nous avons trouvé qu'ils reproduisaient exactement ce motif d'aplatissement de crêpes, à mesure que la tête en forme de champignon du panache s'étend latéralement et s'effondre près de la surface.

Nous avons également examiné les données d'expériences sismiques menées par des équipes internationales sur d'autres plateaux océaniques de la région sud-ouest du Pacifique. Remarquablement, les plateaux Manihiki et Ontong-Java présentaient le même schéma que nous avons observé sous le plateau Hikurangi. Les ondes P ont voyagé aux mêmes vitesses élevées quelle que soit la direction horizontale, mais à des vitesses nettement plus lentes dans le sens vertical.

Reconstitution d'un ancien superplume

Les grands plateaux océaniques du Pacifique sud-ouest sont désormais dispersés, mais nous savons comment ils s'assemblaient autrefois, il y a environ 120 millions d'années. Ils ont formé une région reposant sur une épaisse couche de roche volcanique, des milliers de kilomètres de diamètre.

Notre analyse montre que toute cette région se trouvait au-dessus de la tête unique d'un panache géant - un super panache - qui a fondu pour produire des explosions de lave massives sur une période géologiquement brève de quelques millions d'années.

La Sibérie est le seul autre endroit sur Terre où ce modèle de vitesses des ondes P a été observé dans le manteau supérieur. Et il s'avère que ce fut aussi le théâtre d'éruptions volcaniques généralisées il y a environ 250 millions d'années, pensé pour être causé par la montée d'un superplume.

Cette activité volcanique a peut-être modifié le climat de la Terre et déclenché une extinction massive qui a affecté l'évolution de la vie.

La Nouvelle-Zélande et certaines îles éparses du sud-ouest du Pacifique sont perchées sur les vestiges de ce qui était autrefois une force géologique immensément puissante. Nous ne savons pas si ce processus est toujours en cours aujourd'hui, mais notre nouvelle technique sismique pour trouver ces restes de superplume peut nous aider à en découvrir davantage, en nous donnant un aperçu des nombreuses connexions entre l'intérieur profond de notre planète et ce qui se passe à la surface.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.