Lorsqu’un panache de roche chaud s’élève à travers le manteau de la Terre pour percer la croûte sus-jacente, il peut créer non seulement une île océanique volcanique, mais aussi une houle dans le fond de l’océan de 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 lesquelles la vie peut prospérer temporairement avant que les îles ne retombent, une à une, dans la mer.
La Terre est remplie de dizaines de points chauds, y compris ceux qui ont produit les chaînes insulaires d’Hawaï et des Galapagos. Alors que le processus par lequel les îles volcaniques se forment est similaire d’une chaîne à l’autre, le temps que toute 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 fixent la durée de vie d’une île sont largement inconnus.
Maintenant, les scientifiques du MIT ont une idée sur les processus qui déterminent l’âge d’une île volcanique. Dans un article publié aujourd’hui dans Science Advances, 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 facteurs géologiques principaux: la vitesse de la plaque sous-jacente et la taille de la houle générée par le panache du hotspot.,
Par exemple, si une île repose sur une plaque en mouvement rapide, il est probable qu’elle ait une courte durée de vie, sauf si, comme c’est le cas à Hawaï, elle a également été créée par un très grand panache. Le panache qui a donné naissance aux îles Hawaïennes est parmi les plus grands sur Terre, et alors que la plaque du Pacifique sur laquelle se trouve Hawaii est relativement rapide par rapport aux autres plaques océaniques, il faut beaucoup de temps 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 voyagent à une vitesse similaire mais sur un panache beaucoup plus petit. En comparaison, les îles Canaries, parmi les plus anciennes chaînes d’îles du monde, reposent sur la plaque atlantique lente et sur un panache relativement important.,
« Ces chaînes insulaires sont des laboratoires insulaires dynamiques sur lesquels les biologistes se concentrent depuis longtemps”, explique Kimberly Huppert, ancienne étudiante diplômée du MIT, auteur principal de l’étude. « Mais à part les études sur les chaînes individuelles, il n’y a pas beaucoup de travail qui les relie aux processus de la Terre solide, à des 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, migrent vers de nouvelles îles, et les anciennes îles se noient », ajoute Taylor Perron, chef associé du Département des Sciences de la Terre, de l’Atmosphère et des planètes du MIT. « Ce que Kim a montré, c’est qu’il existe un mécanisme géophysique qui contrôle la vitesse à laquelle ce tapis roulant se déplace et combien de temps les chaînes de l’île vont avant qu’elles ne tombent de la fin., »
Huppert et Perron ont co-écrit l’étude avec Leigh Royden, professeur de sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes au MIT.
Couler un chalumeau
Cette nouvelle étude fait partie du travail de thèse de Huppert au MIT, dans lequel elle s’est penchée principalement sur 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 creusé une controverse dans la littérature concernant les processus qui provoquent le gonflement du fond marin autour des îles hotspot.,
« L’idée était que si vous chauffez une partie du fond de la plaque, vous pouvez la faire monter très rapidement par simple soulèvement thermique, essentiellement comme un chalumeau sous la plaque”, explique Royden.
Si cette idée est correcte, alors de la même manière, le refroidissement de la plaque chauffée devrait entraîner la diminution du fond marin et la retombée des îles dans l’océan. Mais en étudiant l’âge des îles noyées dans les chaînes de hotspots du monde entier, Huppert a constaté que les îles se noient à un rythme plus rapide que n’importe quel mécanisme de refroidissement naturel pourrait expliquer.,
« La majeure partie de ce soulèvement et de ce naufrage ne pouvait donc pas provenir du chauffage et du refroidissement”, explique Royden. « Il fallait quelque chose d’autre. »
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 de l’île — qui sont probablement les mêmes processus qui définissent la durée de vie d’une île, ou le temps au-dessus du niveau de la mer.
Evolution, sur un tapis roulant
Dans leur analyse, les chercheurs ont examiné les chaînes d’îles volcaniques 14 à travers le monde, y compris les îles Hawaïennes, Galapagos et Canaries., Pour chaque chaîne d’îles, ils ont noté la direction dans laquelle la plaque tectonique sous-jacente se déplaçait et mesuré la vitesse moyenne de la plaque par rapport au point chaud. Ils ont ensuite mesuré, dans la direction de chaque chaîne d’îles, la distance entre le début et la fin de la houle, ou soulèvement dans la croûte, créée par le panache sous-jacent., Pour chaque chaîne d’îles, ils ont divisé la distance de houle par la vitesse de la plaque pour arriver à un nombre représentant le temps moyen qu’une île volcanique devrait passer au — dessus 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 les âges réels de chaque île dans chacune des 14 chaînes, y compris les îles qui avaient depuis longtemps coulé sous le niveau de la mer, ils ont trouvé une forte corrélation entre le temps passé au-dessus de la houle et la quantité typique de temps que les îles restent au-dessus, La durée de vie d’une île volcanique, ont-ils conclu, dépend d’une combinaison de la vitesse de la plaque sous-jacente et de la taille du panache, ou de la houle qu’elle crée.
Selon Huppert, les processus qui fixent l’âge d’une île peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre la biodiversité et comment la vie est différente d’une chaîne d’îles à l’autre.
« Si une île passe beaucoup de temps au-dessus du niveau de la mer, cela laisse beaucoup de temps à la spéciation”, explique Huppert., « Mais si vous avez une chaîne d’îles où vous avez des îles qui se noient plus rapidement, cela affectera la capacité de la faune à rayonner vers les îles voisines et la façon dont ces îles sont peuplées. »
Les chercheurs postulent que, dans un certain sens, nous avons l’interaction de la vitesse tectonique et de la taille du panache pour remercier 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 se déplaçant très rapidement, avec peu de temps pour s’éroder, et c’est 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 que les Galapagos n’avaient pas eu cette courte période de résidence, qui sait combien de temps il aurait fallu aux gens pour le comprendre., »
Cette recherche a été soutenue, en partie, par la NASA.