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Earth of fire

Actualité volcanique, Article de fond sur étude de volcan, tectonique, récits et photos de voyage

Publié le par Bernard Duyck
Publié dans : #Excursions et voyages

 Comment expliquer le volcanisme qui caractérise la dorsale Hawaiienne et la chaîne volcanique sous-marine Empereur ?

L'explication communément admise du point chaud et des plaques tectoniques ne semble plus tout à fait satisfaisante.

 

L'explication originale : activité du "point chaud" .

 

Les premiers à remarquer l'augmentation de l'âge des différentes îles ont été les pêcheurs hawaiiens, en fonction des écarts d'érosion observés. Une première étude géologique, effectuée par James Dwight Dana de 1880 à 1881, sur base de l'érosion, à confirmé la relation entre le lieu et l'âge des volcans. En 1912, le géologue Thomas Jaggar fonda l'Observatoire volcanologique d'Hawaii, en charge de la surveillance en continu de la zone. En 1946, un modèle fut créé pour spécifier l'évolution des volcans d'Hawaii.

 

En 1963, un géophysicien canadien, J.Tuzo Wilson, par ailleurs découvreur des failles de transformation, a énoncé sa théorie des points chauds.

 

plume-concept.gif                                 Concept du panache mantellique et ses inconnues.


Il avait noté qu’en certaines régions du monde, comme Hawaii, le volcanisme était actif durant de très longues périodes. Selon lui, cela n’était possible que grâce à l’existence d’une zone/région particulièrement chaude, restreinte, et sur une longue durée, sous la plaque tectonique ; cette région, appelée point chaud, entretenait le volcanisme en lui apportant une source d’énergie thermique localisée, par le biais d’un panache thermique.

 

F1.large.jpgSituation actuelle du point chaud d'Hawaii, par rapport à la dorsale hawaiienne et à la chaine sous-marine Empereur.


Son hypothèse était aussi basée sur le fait que le profil linéaire de la chaîne des îles Hawaii-Empereur (*) résultait du déplacement de la plaque Pacifique au dessus d’un point chaud mantellique stationnaire, localisé présentement sous Big Island. La chaleur fournie par le point chaud produisant une source persistante de magma par fusion partielle de la plaque Pacifique passant au dessus … la magma, plus léger que les roches environnantes, remonterait volcans-machine.jpgalors au travers du manteau et de la croûte terrestre pour faire éruption sur le plancher océanique et former un volcan sous-marin actif. Les éruptions successives feraient alors croître ce volcan sous-marin, jusqu’à le faire émerger et constituer une île volcanique.

 

(*) :  La chaîne sous-marine Hawaii-Empereur (en anglais Hawaiian-Emperor seamount chain) est composée de la dorsale d’Hawaii et des monts sous-marins de l'Empereur (ou chaine de l'Empereur), une vaste région montagneuse sous-marine d'îles, de monts sous-marins, d'atolls, de bancs et de récifs le long d'un axe sud-est / nord-ouest, qui traverse une grande partie du nord de l’océan Pacifique.

 

Hawaii_hotspot_poster---USGS.jpgLe poinconnage de la plaque Pacifique par son passage au dessus du point chaud - doc. USGS.


La poursuite du mouvement de la plaque tectonique au dessus du point chaud « stationnaire » coupant l’île volcanique de sa source de magma, le volcanisme cesse alors … et le cycle se répète : ce processus de naissance suivi de mort, réparti sur des millions d’années, laisse une trace d’îles volcaniques et de volcans sous-marins sur le plancher de l’océan pacifique, actuellement long d’environ 6.000 km.et s’étendant de Big Island (Hawaii) jusqu’à la fosse des Aléoutiennes en Alaska. Ce processus se poursuit actuellement  avec la croissance du volcan sous-marin Loihi, situé à 35 km. de la côte sud d’Hawaii, dont le sommet se trouve à environ 1.000 mètres sous le niveau de la mer ; ce volcan pourrait être la prochaine île volcanique de la chaîne, et dans un "futur géologique", fusionner avec Hawaii, elle-même composée de cinq volcans : Kohala, Mauna Kea, Hualalai, Mauna Loa et Kilauea.

L’archipel Hawaiien ne constitue qu’une petite portion de cette chaîne volcanique, en grande partie sous-marine, et constituée de plus de 80 volcans.

 

map_location_hawaii-thumb-500x357-61817.gif                                   La dorsale Hawaiienne et ses volcans - carte USGS.


Ajustement de la théorie primordiale par diverses hypothèses :

 

Une courbure sèche dans la chaîne Hawaii- Empereur indiquerait, selon une source, un changement  de direction de la plaque Pacifique, il y a 43 Ma, de la direction primaire nord vers une direction récente axée ouest.

La cause exacte de ce changement de direction n’est pas connue avec précision, mais on peut le mettre en relation avec la collision entre le bloc indien et le continent asiatique, intervenu à cette même période.

Une source différente et plus récente, contradictoire, imputerait pour part la courbure à un déplacement du point chaud dans le manteau. Une étude réalisée en juillet-août 2001, par Tarduno et son équipe, sur base d’échantillons de laves récoltés par le navire de recherche Joides resolution, a permis de déterminer l’âge des volcans sous-marins situés avant la courbure entre 81 et 47 Ma. (potassium-argon). Une analyse de la magnétite contenue dans les échantillons a été déterminante : si le point chaud avait été « fixe » durant les 80 millions d’années passées, la latitude déterminée par la magnétite aurait du être la même pour chaque échantillon prélevé  et identique à celle des échantillons de Big Island actuellement. Mais elle a montré le déplacement relatif du point chaud en direction du sud, avec un ratio de 40 mm. par an entre 81 et 47 Ma. ; de plus, le mouvement vers le sud a diminué fortement, il y a 47 Ma, et pourrait même avoir stoppé … avec comme résultat la courbure dans la chaîne, considérée selon l’autre hypothèse comme un changement de direction de plaque.

La question est de savoir si une plaque tectonique peut changer rapidement de direction ; d’autre part, si un point chaud n’est pas « fixe », cela obligera les géologues à repenser la façon de se mouvoir des plaques tectoniques au cours du temps, avec une implication du manteau dans cette dynamique des plaques.

 

Onremarque d'autre part que les volcans ne sont pas "en ligne", mais situés sur des dorsales volcaniques en échelon. La carte ci-dessous le montre :

 

HawiEnEchelon.jpg                                                              Carte Newsgeology.us

 

Les volcans Hawaiien sont alignés le long de deux segments géographiques distincts : le Loa trend et le Kea trend. La géochimie de ces volcans est dissemblable, avec le long du Loa trend, des changements graduels fonction de de l'âge décroissant des volcans, et une différence avec ceux du Kea trend. Le cas est illustré par le Mauna Loa et le Kilauea, deux volcans distants de seulement 40 km.

 

 HawaiiAge---Kea-and-Loa-trends.jpgLes deux segments géographiques distincts marquant la dorsale hawaiienne. - doc. Newgeology.us.

 

HawaiiGeochem.jpgGéochimie différente de trois volcans du Loa trend, du plus âgé, Koolau - 2,6 Ma, au plus jeune, Loihi.- de la "tête" à la "queue" du panache (selon le passage de la plaque Pacifique au dessus du panache) - doc. Newgeology.us.

 

Les images de tomographie sismique, réalisées en 2004, montrent une zone de fusion importante sous Hawaii, connectée à une zone de fusion modérée au nord d'Hawaii et près de la frontière coeur/manteau (vers 2.700 km. de profondeur). La zone de fusion importante s'amincit sous la zone de transition des 600 km., pour réapparaitre à l'ouest à une profondeur de 1.100 km. et disparaitre sous 1.820 km.; ce qui indiquerait une déflection possible du panache par un flux mantellique soit vers le sud, soit vers l'est.

 Hawaii-tomographie-sismique.jpg

                   Tomographie sismique sous la dorsale hawaiienne - doc. Newgeology.us.

 

Une vieille idée - 1849 - refait surface : la théorie des fissures lithosphériques est la principale alternative à la théorie du panache mantellique, dans le  cas du magmatisme lié à l'âge de la chaîne volcanique Hawaii-Empereur. Les segments en échelon sont des fissures d'extension ... et l'extension contrôlerait la propagation  de la chaine volcanique.

 

Pour le moment, aucune hypothèse n'est considérée comme entièrement satisfaisante. Pour la compréhension, nous continuerons donc à utiliser le terme "point chaud" pour parler du volcanisme hawaïen.

 


Sources :

- IPGP - Le volcanisme de point chaud de l'océan Pacifique sud  - A.Bonneville.

- National geography news :  hot spot that spawned Hawaii was on the move.

- Newgeology.us : no plume for Hawaii. - John Michael Fischer 2006

- Mantle plume.org - Seismic structure of the mantle beneath Hawaii: Discussion

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