Tectonique des plaques

Tectonique des plaques et point chaud hawaïen

Tectonique des plaques et point chaud hawaïen



Republié de Éruptions des volcans hawaïens - Passé, présent et futurpar Robert Tilling, Christina Heliker et Donald SwansonU.S.Geological Survey General Information Product 117.

Carte du bassin du Pacifique: Carte du bassin du Pacifique montrant l'emplacement de la chaîne de monts sous-marins Hawaiian Ridge-Emperor et la fosse des Aléoutiennes. Carte de base de "This Dynamic Planet".

Origine des îles hawaïennes

Les îles hawaïennes sont le sommet de gigantesques montagnes volcaniques formées par d'innombrables éruptions de lave fluide sur plusieurs millions d'années; certains tours à plus de 30 000 pieds au-dessus du fond marin. Ces pics volcaniques s'élevant au-dessus de la surface de l'océan ne représentent que la minuscule partie visible d'une immense crête sous-marine, la chaîne Hawaiian Ridge-Emperor Seamount, composée de plus de 80 grands volcans.

Volcan Mauna Kea sur l'île d'Hawaï a une altitude de 13 796 pieds. Cependant, la base de l'île commence à environ 18 000 pieds sous le niveau de la mer. Si l'île d'Hawaï était considérée comme une «montagne», elle serait la plus haute du monde, battant le mont Everest de plus de 1 000 pieds. Apprendre encore plus.

Cette gamme s'étend sur le plancher océanique, des îles hawaïennes à la fosse des Aléoutiennes. La longueur du segment de la crête hawaïenne à elle seule, entre l'île d'Hawaï et l'île Midway au nord-ouest, est d'environ 1600 milles, soit à peu près la distance de Washington, D.C., à Denver, au Colorado. La quantité de lave qui a éclaté pour former cette énorme crête, d'environ 186 000 milles cubes, est plus que suffisante pour couvrir l'État de Californie avec une couche de 1 mille d'épaisseur.

Types de limites de plaque: Schémas fonctionnels des frontières des plaques divergentes, convergentes et transformées.

Tectonique des plaques et point chaud hawaïen

Au début des années 1960, les concepts connexes de «propagation du fond marin» et de «tectonique des plaques» sont apparus comme de nouvelles hypothèses puissantes que les géologues ont utilisées pour interpréter les caractéristiques et les mouvements de la couche superficielle de la Terre. Selon la théorie tectonique des plaques, la couche externe rigide de la Terre, ou "lithosphère", se compose d'une douzaine de dalles ou plaques, chacune ayant une épaisseur moyenne de 50 à 100 miles. Ces plaques se déplacent les unes par rapport aux autres à des vitesses moyennes de quelques pouces par an, à peu près aussi vite que les ongles humains poussent. Les scientifiques reconnaissent trois types communs de frontières entre ces plaques mobiles (voir schémas):

(1) Frontières divergentes

Les plaques adjacentes se séparent, comme à la dorsale médio-atlantique, qui sépare les plaques d'Amérique du Nord et du Sud des plaques d'Eurasie et d'Afrique. Cette séparation entraîne une «propagation du fond marin», car de nouveaux matériaux provenant de la couche sous-jacente moins rigide, ou «asthénosphère», remplissent les fissures et s'ajoutent à ces plaques océaniques. Voir: Enseignement des limites de plaques divergentes.

(2) Limites convergentes

Deux plaques se déplacent l'une vers l'autre et l'une est traînée vers le bas (ou "subductée") sous l'autre. Les limites des plaques convergentes sont également appelées «zones de subduction» et sont caractérisées par la fosse des Aléoutiennes, où la plaque du Pacifique est subduite sous la plaque de l'Amérique du Nord. Le mont St. Helens (sud-ouest de Washington) et le mont Fuji (Japon) sont d'excellents exemples de volcans de zone de subduction formés le long des limites des plaques convergentes. Voir: Enseignement des limites de plaques convergentes.

(3) Transformer les limites

Une plaque glisse horizontalement après une autre. L'exemple le plus connu est la zone de faille de San Andreas en Californie, sujette aux tremblements de terre, qui marque la frontière entre les plaques du Pacifique et de l'Amérique du Nord. Voir: Enseigner les limites des plaques de transformation.

Plaques tectoniques et volcans actifs du monde: La plupart des volcans actifs sont situés le long ou près des limites des plaques tectoniques en mouvement de la Terre. Les volcans hawaïens, cependant, se produisent au milieu de la plaque du Pacifique et sont formés par le volcanisme au-dessus du «point chaud» hawaïen (voir le texte). Seuls certains des plus de 500 volcans actifs de la Terre sont représentés ici (triangles rouges). Image USGS. Cliquez pour agrandir.

Tremblements de terre et volcans aux limites des plaques

Presque tous les tremblements de terre et volcans actifs du monde se produisent le long ou près des limites des plaques mobiles de la Terre. Pourquoi alors les volcans hawaïens sont-ils situés au milieu de la plaque du Pacifique, à plus de 2 000 milles de la frontière la plus proche avec toute autre plaque tectonique? Les partisans de la tectonique des plaques n'avaient dans un premier temps aucune explication de la présence de volcans à l'intérieur des plaques (volcanisme "intraplaque").

L'hypothèse du "point chaud"

Puis, en 1963, J. Tuzo Wilson, géophysicien canadien, a fourni une explication ingénieuse dans le cadre de la tectonique des plaques en proposant l'hypothèse du «point chaud». L'hypothèse de Wilson est devenue largement acceptée, car elle correspond bien à la plupart des données scientifiques sur les chaînes d'îles volcaniques linéaires dans l'océan Pacifique en général - et les îles hawaïennes en particulier.

Quelle est la profondeur des points chauds?

Selon Wilson, la forme linéaire distinctive de la chaîne hawaïenne-empereur reflète le mouvement progressif de la plaque du Pacifique sur un point chaud "profond" et "fixe". Ces dernières années, les scientifiques ont débattu de la ou des profondeurs réelles des points chauds hawaïens et autres terres de la Terre. S'étendent-ils seulement à quelques centaines de kilomètres sous la lithosphère? Ou s'étendent-ils sur des milliers de kilomètres, peut-être jusqu'à la frontière noyau-manteau terrestre?

Les points chauds se déplacent-ils?

En outre, alors que les scientifiques conviennent généralement que les points chauds sont fixes en position par rapport aux plaques dominantes se déplaçant plus rapidement, certaines études récentes ont montré que les points chauds peuvent migrer lentement au cours du temps géologique. Dans tous les cas, le point chaud hawaïen fait fondre en partie la région juste en dessous de la plaque du Pacifique dominante, produisant de petites taches isolées de roche en fusion (magma). Moins denses que la roche solide environnante, les taches de magma se rassemblent et montent de manière flottante à travers des zones structurellement faibles et finissent par éclater sous forme de lave sur le fond de l'océan pour construire des volcans.

La chaîne hawaïenne-empereur

Sur une période d'environ 70 millions d'années, les processus combinés de formation de magma, d'éruption et de mouvement continu de la plaque du Pacifique sur le point chaud stationnaire ont laissé la trace de volcans à travers le fond de l'océan que nous appelons maintenant la chaîne hawaïenne-empereur. Un virage serré dans la chaîne à environ 2200 milles au nord-ouest de l'île d'Hawaï a été précédemment interprété comme un changement majeur dans la direction du mouvement des plaques il y a environ 43 à 45 millions d'années (Ma), comme le suggère l'âge des volcans entre parenthèses le virage.

Cependant, des études récentes suggèrent que le segment nord (chaîne de l'empereur) s'est formé lorsque le point chaud s'est déplacé vers le sud jusqu'à environ 45 Ma, lorsqu'il est devenu fixe. Par la suite, le mouvement des plaques vers le nord-ouest a prévalu, entraînant la formation de la crête hawaïenne «en aval» du point chaud.

Point chaud hawaïen: Une vue en coupe le long de la chaîne des îles hawaïennes montrant le panache présumé du manteau qui a alimenté le point chaud hawaïen sur la plaque du Pacifique. Les âges géologiques du volcan le plus ancien de chaque île (Ma = il y a des millions d'années) sont progressivement plus anciens vers le nord-ouest, conformément au modèle de point chaud pour l'origine de la chaîne de monts sous-marins Hawaiian Ridge-Emperor. Modifié à partir de l'image de Joel E. Robinson, USGS, dans la carte "This Dynamic Planet" de Simkin et al., 2006.

Mont sous-marin Loihi: Un volcan sous-marin actif au large de la côte sud de la grande île d'Hawaï. Image Creative Commons par Kmusser. Cliquez pour agrandir.

Âge des îles

L'île d'Hawai'i est l'île la plus au sud-est et la plus jeune de la chaîne. La partie la plus au sud-est de l'île d'Hawaï recouvre actuellement le point chaud et exploite toujours la source de magma pour nourrir ses volcans actifs. Le mont sous-marin Lö'ihi, le volcan sous-marin actif au large de la côte sud de l'île d'Hawaï, pourrait marquer le début de la zone de formation de magma à l'extrémité sud-est du point chaud. À l'exception possible de Maui, les autres îles hawaïennes se sont déplacées vers le nord-ouest au-delà du point chaud - elles ont été successivement coupées de la source de magma de soutien et ne sont plus volcaniquement actives.

La dérive progressive vers le nord-ouest des îles depuis leur point d'origine sur le point chaud est bien illustrée par l'âge des coulées de lave principales sur les différentes îles hawaïennes du nord-ouest (le plus ancien) au sud-est (le plus jeune), donné en millions d'années: Ni «ihau et Kaua'i, 5,6 à 3,8; O'ahu, 3,4 à 2,2; Moloka'i, 1,8 à 1,3; Maui, 1,3 à 0,8; et Hawai'i, moins de 0,7 et toujours en croissance.

Même pour l'île d'Hawai'i seule, les âges relatifs de ses cinq volcans sont compatibles avec la théorie des points chauds (voir carte, page 3). Kohala, au coin nord-ouest de l'île, est la plus ancienne, ayant cessé son activité éruptive il y a environ 120 000 ans. Le deuxième plus ancien est le Mauna Kea, qui a éclaté pour la dernière fois il y a environ 4 000 ans; Vient ensuite Hualälai, qui n'a connu qu'une seule éruption (1800-1801) dans l'histoire écrite. Enfin, Mauna Loa et Kïlauea ont été vigoureusement et à plusieurs reprises actives au cours des deux derniers siècles. Parce qu'elle pousse sur le flanc sud-est du Mauna Loa, Kïlauea serait plus jeune que son immense voisin.

La taille du point chaud hawaïen n'est pas bien connue, mais il est probablement assez grand pour englober et alimenter les volcans actuellement actifs de Mauna Loa, Kïlauea, Lö'ihi et, éventuellement, également Hualälai et Haleakalä. Certains scientifiques ont estimé le point chaud hawaïen à environ 200 miles de diamètre, avec des passages verticaux beaucoup plus étroits qui alimentent en magma les volcans individuels.