Un nouveau modèle de panache explique la mise en place rapide des trapps de Sibérie et leur impact environnemental catastrophique

Lundi, 19 septembre 2011

Une équipe internationale de scientifiques incluant des modélisateurs du GFZ Potsdam et des géochimistes d’IsTerre (CNRS-Université J. Fourier de Grenoble), de l’Institut Max Plank à Mayence, et des Instituts Vernadsky, Schmidt et Sobolev de l’Académie des sciences russe, propose un nouveau modèle de panache mantellique à l’origine des grandes provinces ignées (LIPs) qui représente une avancée majeure dans notre compréhension du fonctionnement des LIPs et de leur impact sur l’environnement. Ces travaux ont été publiés récemment dans la revue Nature.

Lors de la mise en place des grandes provinces ignées (LIP), l’éruption de millions de km3 de lave se produit en moins d'un million d'années. De tels évènements sont souvent associés à des extinctions biologiques de grande ampleur ; par exemple, les trapps de Sibérie, l’une des plus grandes provinces ignées continentales, se sont mis en place il y a environ 250 millions d'années, moment de la plus grande catastrophe environnementale de l’histoire terrestre, l'extinction de masse permo-triasique. Il est peu probable que ceci ne soit qu’une pure coïncidence.

Selon une idée largement acceptée, les LIPs proviennent de la fusion de la tête de panaches mantelliques, structures géantes de matériau du manteau terrestre en forme de champignon, qui proviennent de la base du manteau et remontent jusqu’à la lithosphère, la couche rigide externe de la Terre. Ces panaches remontent parce qu'ils sont plus chauds et donc plus légers que le manteau environnant. La haute flottabilité d’un tel panache thermique devrait, en principe, causer un soulèvement d'échelle kilométrique de la lithosphère. Cependant, de tels bombements sont souvent inexistants, et c'est le cas au niveau des trapps de Sibérie. Par ailleurs, les quantités de gaz produites par ces éruptions massives semblent insuffisantes pour déclencher les crises climatiques responsables des extinctions de masse.

L'idée centrale développée dans cet article est que le panache mantellique situé sous la Sibérie contenait une fraction importante (environ 15%) de croûte océanique recyclée, c'est-à-dire de la croûte qui a été subductée dans le manteau il y a longtemps pour être ramenée à la surface par le panache mantellique. Cette hypothèse résout la plupart des problèmes de la théorie des panaches. En effet, la croûte océanique recyclée dans le panache étant très dense, la flottabilité du panache devient moins importante et elle ne produit qu’un soulèvement négligeable de la lithosphère. De plus, les matériaux recyclés fondant à une température beaucoup plus faible que la péridotite, le matériau du manteau normal, le panache génère donc des quantités de magma énormes. Il est alors capable d'éroder l’épaisse lithosphère sibérienne en un temps extrêmement court (seulement quelques centaines de milliers d'années, voir l'animation).

Dans le même temps, la croûte recyclée, qui est exceptionnellement riche en substances volatiles telles que le CO2 et l’HCl, libère des quantités énormes de gaz qui traversent la croûte terrestre et sont émises dans l'atmosphère pour déclencher l'extinction de masse. Le modèle prédit que l'extinction de masse doit avoir eu lieu avant l'éruption magmatique principale. Cette prédiction semble être vérifiée pour de nombreux LIPs, si l’on se base sur les quelques données disponibles ; cependant, de nouvelles datations calant de façon précise les événements magmatiques et les crises biologiques sont nécessaires pour confirmer cette conclusion.

Animations numériques simulant l'origine des trapps de Sibérie.

 

Le code de couleurs indique la température. Le panache du manteau chaud (rouge) détruit la lithosphère froide (bleue) en un temps géologique court (quelques millions d'années).

Le code couleur indique la quantité de composant de croûte recyclée (pyroxènes). La lithosphère fonds lorsqu'elle est atteinte par les composés riches en pyroxènes.

Source(s): 

Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes, Stephan V. Sobolev, Alexander V. Sobolev, Dmitry V. Kuzmin, Nadezhda A. Krivolutskaya, Alexey G. Petrunin, Nicholas T. Arndt, Viktor A. Radko, Yuri R. Vasiliev. Nature, vol. 477, p. 312-316, 2011

Contact(s):
  • Alexander SOBOLEV, IsTerre (CNRS, Grenoble 1, IRD, IFSTTAR, Univ. de Savoie)
    alexander [dot] sobolev [at] ujf-grenoble [dot] fr, 04 76 51 41 08
  • Nick ARNDT, IsTerre (CNRS, Grenoble 1, IRD, IFSTTAR, Univ. de Savoie)
    Nicholas [dot] Arndt [at] ujf-grenoble [dot] fr, 04 76 63 59 31

La reprise des actualités du site est autorisée avec la mention "Source : Actualités du CNRS-INSU" et un lien pointant sur la page correspondante.