Des chercheurs détectent une couche de roche partiellement fondue sous la Terre

La question de la mobilité des plaques tectoniques et de la viscosité du manteau terrestre vient de faire l’objet d’une vaste étude internationale. Les scientifiques de Brown University, de l’University of Texas à Austin et de Cornell University se sont penchés sur les mécanismes profonds qui permettent aux plaques rigides de glisser lentement au fil du temps géologique.

L’analyse de 716 stations sismiques et la découverte d’une couche à 150 kilomètres de profondeur

Pour scruter l’intérieur de la planète, les chercheurs ont collecté les enregistrements de 716 stations sismiques permanentes à travers le monde. Après un rigoureux contrôle de qualité, l’équipe a retenu 184 340 mesures de fonctions récepteurs. Cette méthode isole les signaux produits lorsque les ondes de séisme rencontrent des discontinuités dans les couches terrestres. L’analyse s’est concentrée sur les ondes de cisaillement, ou ondes S, qui se convertissent en ondes longitudinales, ou ondes P, lorsqu’elles traversent les limites sous la surface.

Les résultats mettent en évidence un signal net situé à environ 150 kilomètres de profondeur sous de nombreuses stations. Ce signal indique une augmentation de la vitesse des ondes à mesure que l’on s’enfonce, trahissant la sortie d’une strate plus lente située juste au-dessus. Aux endroits où cette limite inférieure et sa contrepartie supérieure ont été détectées, la couche à faible vitesse présente une épaisseur moyenne d’environ 65 kilomètres. L’étude a répertorié des preuves solides dans 160 stations et des indices plus discrets dans 240 autres.

La distinction entre la présence de magma et la fluidité de l’asthénosphère

Cette distribution inégale indique une fusion partielle dispersée plutôt qu’une nappe continue de liquide enrobant la Terre entière. Les modèles incluant cette fusion partielle suggèrent que la fraction de liquide ne dépasse guère 1 % au-dessus de cette limite. Pour vérifier l’impact mécanique de ce phénomène, les chercheurs ont comparé les zones présentant cette limite sismique avec celles qui en sont dépourvues en étudiant l’anisotropie sismique, c’est-à-dire la variation de la vitesse des ondes selon leur direction.

Si la présence de roche fondue créait une zone de faiblesse mécanique extrême, les déformations devraient s’y concentrer nettement. Or, les modèles d’écoulement du manteau n’ont pas révélé de différence majeure d’anisotropie entre les régions étudiées. Les ondes de séisme réagissent en quelques secondes, tandis que le déplacement des plaques résulte de contraintes exercées sur des durées géologiques considérables. Par conséquent, la présence de matière fondue ralentit le passage des ondes sismiques sans pour autant constituer le moteur principal de l’écoulement dans l’asthénosphère, un rôle que la température et la pression continuent de dominer.

Les implications pour la modélisation géologique et la répartition mondiale des données

L’étude menée par Junlin Hua, qui a débuté ce projet en tant qu’étudiant en doctorat à Brown University avant de le poursuivre comme chercheur postdoctoral à l’University of Texas à Austin, redéfinit la manière d’interpréter les données de l’intérieur terrestre. En extrapolant ces observations aux régions dotées de caractéristiques similaires, les scientifiques estiment que cette limite pourrait s’étendre sous environ 44 % de la surface de la planète.

Les auteurs rappellent toutefois que la majorité des instruments d’observation se trouvent sur les continents. Cette couverture océanique restreinte pourrait influencer la précision des estimations mondiales. Thorsten Becker dari Texas University menyampaikan bahwa pengaruh lokal tetap terbuka, meskipun perbandingan global tidak mengonfirmasi gagasan pelemahan menyeluruh pada astenosfer akibat peleburan parsial.

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