Une nouvelle étude suggère que la formation des montagnes, en particulier dans les zones de subduction comme le sud de l’Italie, pourrait être influencée de manière significative par la descente d’une plaque tectonique à travers le manteau terrestre et son altération de l’écoulement du manteau, contrairement à la croyance traditionnelle de l’écrasement et de l’épaississement de la croûte, offrant ainsi une compréhension plus nuancée du processus de formation des montagnes.
De nouvelles recherches menées par l’université d’État du Colorado indiquent que les réponses à la question de savoir comment et pourquoi les montagnes se forment sont enfouies plus profondément qu’on ne le pensait.
« La formation des montagnes est un processus fondamental du comportement de la Terre », a déclaré Sean Gallen, auteur principal et professeur adjoint de géosciences à la CSU, « et cette étude suggère que nous ne comprenons peut-être pas cela aussi bien que nous le pensions ».
Gallen et son équipe ont créé de nouveaux ensembles de données et de nouvelles méthodologies pour utiliser les paysages dans la reconstruction de l’histoire des bâtiments de montagne dans le sud de l’Italie. Leur approche unique a produit ce que Gallen décrit comme des résultats « déroutants ».
Dans les zones de subduction, comme celle de la Calabre en Italie du Sud, une plaque tectonique plonge sous une autre plaque. On pense que les montagnes qui se trouvent dans ces zones se sont formées par l’écrasement et l’épaississement de la croûte terrestre.
L’équipe a combiné des mesures qui ont enregistré des échelles de temps géologiquement courtes et longues, allant de milliers d’années à des dizaines de millions d’années. Comme un « magnétophone géologique » de l’histoire tectonique, le paysage a rempli le reste.
Paysage calabrais surplombant la mer Tyrrhénienne avec une terrasse marine au premier plan (zone plate). Crédit : Sean Gallen
« Dans le sud de l’Italie, le paysage est en fait le pont entre les différentes méthodes que nous utilisons habituellement », a déclaré Sean Gallen.
Les zones plates et de haute altitude du paysage le long du « pied » de la péninsule italienne représentent une époque où la formation des montagnes était lente, tandis qu’une transition abrupte en contrebas marque une accélération rapide. Ces indices dans le paysage ont permis aux chercheurs de produire un enregistrement continu et à long terme du soulèvement des roches, l’enregistrement le plus long et le plus complet de ce type.
« On s’attendrait à ce qu’il y ait une corrélation entre la vitesse à laquelle la plaque plonge sous l’autre plaque au fil du temps et l’histoire du soulèvement des roches, mais ce n’est pas le cas », a déclaré M. Gallen.
Le froissement et l’épaississement de la croûte semblent être secondaires à un autre processus dans la formation des montagnes de Calabre. Les données indiquent que la descente de la plaque inférieure dans le manteau terrestre et l’altération du champ d’écoulement du manteau constituent le principal facteur de contrôle du soulèvement des roches.
Des étudiants diplômés du CSU prélèvent des échantillons de roche pour la thermochronologie en Calabre, Italie. De gauche à droite, Nikki Seymour, deuxième auteur de l’étude, Johanna Eidmann et Eyal Marder. Crédit : Sean Gallen
« Les résultats suggèrent que la façon dont nous considérons habituellement la formation des montagnes ne s’applique pas à l’Italie du Sud », a déclaré Sean Gallen. « Il semble qu’elle soit contrôlée par des éléments beaucoup plus profonds au sein du système terrestre. Ce comportement a été observé dans des modèles, mais jamais dans la nature. C’est la première fois que nous pensons l’observer ».
M. Gallen précise que des données supplémentaires sont nécessaires pour confirmer la justesse de leur interprétation, mais que celle-ci est étayée par les modèles numériques existants. Les scientifiques avaient déjà établi un lien entre la hauteur des montagnes et les interactions entre les plaques tectoniques dans le manteau terrestre en mouvement plastique, mais cette recherche indique pour la première fois que ce mécanisme est la force dominante dans la formation des montagnes dans les zones de subduction.
« Les enregistrements que nous avons produits impliquent que les signaux de la terre profonde semblent dominer ce qui se passe à la surface », a déclaré M. Gallen. « Cela fait 15 ans que je travaille en Méditerranée et ce résultat a profondément changé ma façon de voir ces zones de subduction.
Paysage calabrais surplombant la mer Tyrrhénienne avec une terrasse marine au premier plan (zone plate). Crédit : Sean Gallen
Une recherche transformatrice et transparente
Les nouvelles techniques développées dans le cadre de cette étude constituent une percée dans la construction d’historiques de soulèvement des roches à long terme.
L’équipe a créé un cadre unifié basé sur une collection de mesures géomorphologiques standard – thermochronologie, nucléides cosmogéniques, profils fluviaux du substratum rocheux, et l’enregistrement des niveaux marins passés trouvés dans les terrasses marines. Cette nouvelle approche remonte plus loin dans le temps que d’autres méthodes et utilise différents ensembles de données pour contraindre la modélisation d’une manière unique.
La méthode s’applique le mieux aux systèmes actifs, où le paysage moderne offre des indices sur son histoire. Plus l’activité d’un système remonte loin dans le temps géologique, plus il est difficile de reconstituer son histoire avec certitude.
Le logiciel développé pour cette étude, publiée dans Nature Geoscience, est mis gratuitement à la disposition d’autres chercheurs. M. Gallen espère que ces nouvelles techniques stimuleront la recherche et les découvertes dans d’autres domaines.
Référence : « Calabrian forearc uplift paced by slab-mantle interactions during subduction retreat » par Sean F. Gallen, Nikki M. Seymour, Christoph Glotzbach, Daniel F. Stockli et Paul O’Sullivan, 1 juin 2023, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-023-01185-4
L’étude a été financée par la National Science Foundation.