Penne, sur l'île de Statia. Une des îles des Petites Antilles. Crédit :Dr George Cooper
Dans une nouvelle étude, publié dans la revue La nature , une équipe internationale de scientifiques fournit la première preuve concluante d'un lien direct entre le cycle de l'eau de la Terre profonde et ses expressions avec la productivité magmatique et l'activité sismique.
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Zones de subduction, où les plaques tectoniques convergent et une plaque s'enfonce sous une autre, sont les parties les plus importantes du cycle - avec de grands volumes d'eau entrant et sortant, principalement par des éruptions volcaniques. Encore, comment (et combien) l'eau est transportée par subduction, et son effet sur les risques naturels et la formation des ressources naturelles, a été historiquement mal compris.
Auteur principal de l'étude, Dr George Cooper, Chercheur honoraire à l'École des sciences de la Terre de l'Université de Bristol, a déclaré : « Alors que les plaques voyagent de l'endroit où elles sont d'abord formées sur les dorsales médio-océaniques jusqu'aux zones de subduction, l'eau de mer pénètre dans les rochers par des fissures, failles et en se liant aux minéraux. En atteignant une zone de subduction, la plaque qui coule chauffe et se coince, entraînant la libération progressive de tout ou partie de son eau. Lorsque l'eau est libérée, elle abaisse le point de fusion des roches environnantes et génère du magma. Ce magma est flottant et se déplace vers le haut, conduisant finalement à des éruptions dans l'arc volcanique sus-jacent. Ces éruptions sont potentiellement explosives en raison des substances volatiles contenues dans le bain de fusion. Le même processus peut déclencher des tremblements de terre et affecter des propriétés clés telles que leur magnitude et le fait qu'ils déclenchent ou non des tsunamis."
L'endroit exact et la manière dont les substances volatiles sont libérées et la manière dont elles modifient la roche hôte restent un domaine de recherche intense.
La plupart des études se sont concentrées sur la subduction le long de la ceinture de feu du Pacifique. Cependant, cette recherche a porté sur la plaque Atlantique, et plus précisément, l'arc volcanique des Petites Antilles, situé au bord oriental de la mer des Caraïbes.
"C'est l'une des deux seules zones qui subduct actuellement les plaques formées par un étalement lent. Nous nous attendons à ce qu'elle soit hydratée de manière plus envahissante et hétérogène que la plaque du Pacifique à étalement rapide, et pour que les expressions de libération d'eau soient plus prononcées, " a déclaré le professeur Saskia Goes, Collège impérial de Londres.
Le projet Volatile Recycling in the Petites Antilles (VoiLA) rassemble une grande équipe pluridisciplinaire de chercheurs comprenant des géophysiciens, géochimistes et géodynamiciens de l'Université de Durham, Collège impérial de Londres, Université de Southampton, Université de Bristol, Université de Liverpool, Institut de technologie de Karlsruhe, l'Université de Leeds, Le musée d'histoire naturelle, L'Institut de Physique du Globe à Paris, et l'Université des Antilles.
"Nous avons collecté des données sur deux croisières scientifiques marines sur le RRS James Cook, déploiements temporaires de stations sismiques qui ont enregistré des tremblements de terre sous les îles, travaux géologiques sur le terrain, analyses chimiques et minérales d'échantillons de roches, et modélisation numérique, " a déclaré le Dr Cooper.
Pour tracer l'influence de l'eau le long de la zone de subduction, les scientifiques ont étudié les compositions de bore et les isotopes des inclusions fondues (petites poches de magma piégé dans les cristaux volcaniques). Les empreintes digitales du bore ont révélé que la serpentine minérale riche en eau, contenu dans la plaque d'enfoncement, est l'un des principaux fournisseurs d'eau de la région centrale de l'arc des Petites Antilles.
"En étudiant ces mesures à l'échelle du micron, il est possible de mieux comprendre les processus à grande échelle. Nos données géochimiques et géophysiques combinées fournissent l'indication la plus claire à ce jour que la structure et la quantité d'eau de la plaque en train de couler sont directement liées à l'évolution volcanique de l'arc et ses dangers associés, " a déclaré le professeur Colin Macpherson, Université de Durham
"Les parties les plus humides de la plaque descendante sont là où il y a des fissures (ou zones de fracture) importantes. En faisant un modèle numérique de l'histoire de la subduction des zones de fracture sous les îles, nous avons trouvé un lien direct avec les emplacements des taux les plus élevés de petits tremblements de terre et de faibles vitesses d'ondes de cisaillement (qui indiquent des fluides) dans le sous-sol, " a déclaré le professeur Saskia Goes.
L'histoire de la subduction des zones de fractures riches en eau peut également expliquer pourquoi les îles centrales de l'arc sont les plus grandes et pourquoi, sur l'histoire géologique, ils ont produit le plus de magma.
"Notre étude fournit des preuves concluantes qui relient directement les parties d'entrée et de sortie d'eau du cycle et ses expressions en termes de productivité magmatique et d'activité sismique. Cela peut encourager des études dans d'autres zones de subduction pour trouver de telles structures de failles aquifères sur la plaque de subduction pour aider à comprendre les schémas des risques volcaniques et sismiques, " a déclaré le Dr Cooper.
"Dans cette recherche, nous avons constaté que les variations de l'eau sont en corrélation avec la distribution de petits tremblements de terre, mais nous aimerions vraiment savoir comment ce modèle de libération d'eau peut affecter le potentiel - et agir comme un système d'alerte - pour des tremblements de terre plus importants et un possible tsunami, " a déclaré le professeur Colin Macpherson.
