Les surprises du Bassin de Lau (Tonga / Fidji)

drapeau francaisLe Bassin de Lau, qui se trouve entre les Tonga et les Fidji, a été créé par la collision de la plaque Pacifique avec la plaque australienne. La plaque Pacifique, plus vieille, donc plus froide et plus dense, a plongé sous la plaque australienne et s’est enfoncée dans les profondeurs le long de la fosse des Tonga. L’eau libérée par la plaque humide a abaissé le point de fusion de la roche au-dessus, provoquant la montée du magma et des éruptions qui ont formé l’arc volcanique Tonga-Kermadec.

Tonga-Kermadec-Arc

Source: Wikipedia.

Il y a 4 à 6 millions d’années, la plaque Pacifique a commencé à s’éloigner de la plaque australienne, entraînant avec elle une partie du manteau qui se trouvait en dessous. La marge de la plaque australienne s’est étirée en déchirant la dorsale et en créant un bassin dont le plancher s’est fracturé à son tour avec le temps. Le magma est remonté par ces fractures, ce qui a créé de nouveaux centres d’expansion.

La zone de subduction des Tonga est célèbre en sismologie, car deux tiers des séismes profonds de notre planète se produisent dans cette région où la subduction est plus rapide que partout ailleurs dans le monde. Dans la partie nord,  la plaque s’enfonce à une vitesse d’environ 24 centimètres par an, soit près d’un mètre tous les quatre ans ! C’est quatre fois plus vite que la faille de San Andreas.
Dans le numéro de Février de la revue Nature, une équipe de chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis, a publié une image sismique tridimensionnelle du manteau sous le Bassin de Lau dans le Pacifique Sud qui montre une étrange  anomalie. L’image s’appuie sur 200 séismes enregistrés par 50 sismographes installés au fond de l’océan dans le Bassin de Lau en 2009 et 2010 et 17 sismographes installés sur les îles Tonga et Fidji.
Le Bassin de Lau est un endroit idéal pour étudier le rôle de l’eau dans les processus volcanique et tectonique. Comme le Bassin est en phase d’élargissement, il a beaucoup de centres d’expansion par lesquels le magma monte vers la surface. Comme il est en forme de V, ces centres se situent à des distances variables de la fosse des Tonga, là où l’eau est injectée copieusement dans l’intérieur de la Terre.
Les scientifiques savaient que la composition chimique du magma émis lors des éruptions dans ces centres d’expansion varie avec la distance par rapport à la fosse. Ceux au nord, vers l’ouverture du V, produisent un magma plus sec que ceux du sud, à proximité de la pointe du V, où le magma contient plus d’eau et d’éléments chimiques liés à l’eau. Comme l’eau abaisse la température de fusion de la roche, les centres d’expansion au nord produisent également moins de magma que ceux au sud.
Avant d’élaborer les images à partir de leurs données sismiques, les scientifiques s’attendaient à ce que la situation dans le manteau corresponde à celle en surface. En particulier, ils pensaient davantage trouver la roche en fusion vers le sud, là où la teneur en eau dans le manteau est la plus forte. Au lieu de cela, les images sismiques ont révélé moins de magma en fusion dans le sud que dans le nord.
Après un long débat, ils sont arrivés à la conclusion que l’eau augmente la fusion mais rend le matériau moins visqueux, ce qui accélère sa remontée vers la surface, un peu comme du miel qui coule plus vite quand on y ajoute de l’eau.
Cette découverte a permis aux scientifiques de faire un pas de plus dans la compréhension du cycle de l’eau qui affecte presque tous les processus sur notre planète, et pas seulement les nuages et les rivières à sa surface. Elle joue également un rôle important dans les processus qui ont lieu dans le silence et l’obscurité des profondeurs de la Terre.
Source: Université de Washington à St. Louis

Lau-Basin-2 Une image sismique d’une partie du Bassin de Lau à une profondeur de 50 kilomètres montre comment le magma s’accumule au nord sous les zones qui ne sont pas affectées par le rift (rouge foncé) et n’offrent que très peu de passage au magma (jaune pâle) le long de l’extrémité sud du centre d’expansion oriental du Bassin de Lau, même si cette région est fortement volcanique (Source: Université de Washington).

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drapeau anglaisThe Lau Basin, which lies between the island archipelagos of Tonga and Fiji, was created by the collision of the Pacific plate with the Australian plate. The older, thus colder and denser, Pacific plate plunged under the Australian plate and sank into the depths along the Tonga Trench. Water given off by the wet slab lowered the melting point of the rock above, causing magma to erupt and form a volcanic arc, called the Tonga-Kermadec ridge.

About 4 to 6 million years ago, the Pacific slab started to pull away from the Australian slab, dragging material from the mantle beneath it. The Australian plate’s margin stretched, splitting the ridge, creating the basin and, over time, rifting the floor of the basin. Magma upwelling through these rifts created new spreading centers.

The Tonga subduction zone is famous in seismology  because two-thirds of the world’s deep earthquakes happen there and subduction is faster there than anywhere else in the world. In the northern part of this area the plate is sinking at about 24 centimetres per year, or nearly a metre every four years. That’s four times faster than the San Andreas fault is moving.

In the February issue of Nature, a team of scientists of Washington University in St. Louis, published a three-dimensional seismic image of the mantle beneath the Lau Basin in the South Pacific that had an intriguing anomaly. It is based on the images of 200 earthquakes picked up by 50 ocean-bottom seismographs deployed in the Lau Basin in 2009 and 2010 and 17 seismographs installed on the islands of Tonga and Fiji.

The Lau basin is an ideal location for studying the role of water in volcanic and tectonic processes. Because the basin is widening, it has many spreading centres through which magma rises to the surface. Because it is shaped like a V, these centres lie at varying distances from the Tonga Trench, where water is copiously injected into the Earth’s interior.

The scientists knew that the chemistry of the magma erupted through the spreading centers varies with their distance from the trench. Those to the north, toward the opening of the V, erupt a drier magma than those to the south, near the point of the V, where the magma has more water and chemical elements associated with water. Because water lowers the melting temperature of rock, spreading centres to the north also produce less magma than those to the south.

Before they constructed images from their seismic data, the scientists expected the pattern in the mantle to match that on the surface. In particular they expected to find molten rock pooled to the south, where the water content in the mantle is highest. Instead the seismic images indicated less melt in the south than in the north.

After considerable debate, they suggested water increases melting but makes the melt less viscous, speeding its transport to the surface, a bit like mixing water with honey makes it flow quicker.

Source: Washington University in St. Louis.