Vue satellite de l'île d'Hawaï avec les volcans Mauna Kea et Mauna Loa. Les volcans d'Hawaï sont alimentés par un point chaud, manifestation en surface de l'activité d'un panache. © NASA / NOAA

Comment les magmas produits par le panache de Hawaï modifient le manteau de la plaque Pacifique

Résultat scientifique Terre Solide

Les panaches sont des acteurs majeurs de la dynamique du manteau terrestre. Ils sont responsables du transfert de chaleur et de matière du manteau profond vers la base des plaques tectoniques, ce qui induit la production d’importants volumes de magmas. Il a souvent été proposé que les panaches mantelliques jouent un rôle fondamental dans la fragmentation des continents, le rifting, et donc dans la création d'océans. Toutefois, de nombreux panaches mantelliques, plus particulièrement ceux qui impactent l’intérieur des plaques océaniques, produisent uniquement un bombement de la plaque et la mise en place de grands volumes de roches magmatiques en surface, créant des îles océaniques. Mais, ces panaches changent-ils la plaque en profondeur ? Pour le savoir, des chercheurs ont mené une étude sur des xénolites mantelliques d’Hawaï.

Ces roches, transportées depuis de profondeurs de 30-70 km vers la surface par des éruptions volcaniques, permettent de sonder le manteau de la plaque Pacifique à l’aplomb de l'archétype d'un panache mantellique : Hawaï. L’équipe a documenté une forte variabilité de la microstructure et de la composition de ces roches, ainsi qu’un réchauffement modéré interprété comme résultant des interactions entre le manteau lithosphérique et les magmas produits par le panache. La comparaison des propriétés sismiques calculées à partir des données des xénolites aux observations géophysiques autour d’Hawaï a permis d’estimer la signature de ce processus dans le manteau lithosphérique sous Hawaï.

L'étude conclue que les changements de microstructure ne modifient pas de manière significative l'anisotropie sismique dans la plaque Pacifique, qui enregistre essentiellement le gradient de vitesse entre la surface et le manteau profond lors de la formation et l’épaississement de la plaque océanique. Cependant, l'enrichissement en fer et l'échauffement de la base de la plaque par les magmas peuvent réduire les vitesses sismiques, expliquant en partie les anomalies de faible vitesse observées jusqu’à 100 km de profondeur sous Hawaï.

Gauche : Sites échantillonnés (étoiles rouges) sur la carte des anomalies de vitesses sismiques à 40 km de profondeur. Droite : Quatre types microstructuraux observés dans chaque site.
Variation de la composition chimique des xénolites : enrichissement en fer et titane, par rapport à celle prédite par des modèles de fusion partielle ou d’interaction avec des magmas dans le manteau.

En savoir plus

Textural and Compositional Changes in the Lithospheric Mantle Atop the Hawaiian Plume: Consequences for Seismic Properties – AGU Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume 21, Issue 8

Andréa Tommasi, Lucan Mameri, Marguerite Godard

https://doi.org/10.1029/2020GC009138

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Andréa Tommasi
Géosciences Montpellier