Un rocher de Papouasie-Nouvelle-Guinée défie les modèles géothermiques

La descente d'un échantillon rocheux issu de Papouasie-Nouvelle-Guinée a révélé des températures inattendues lors de son enfouissement dans le manteau terrestre. Cette découverte met à mal les modèles existants régissant les séismes, l'activité volcanique et la régulation climatique planétaire.

Les zones de subduction constituent des lieux où une plaque tectonique s'enfonce sous une autre au point de collision. Ces processus recyclent la surface terrestre et stabilisent le climat sur des échelles de temps géologiques en réintégrant des molécules comme le dioxyde de carbone.

Reconstitution du trajet par l'éclogite

Il y a quatre millions d'années, cette roche a plongé à plus de 90 kilomètres de profondeur. Or, dès la moitié du chemin, soit vers 45 kilomètres, elle affichait une chaleur nettement supérieure aux prédictions scientifiques actuelles.

Une équipe internationale dirigée par l'Université de Göttingen a analysé l'éclogite, une pierre rouge et verte formée sous haute pression. Les minéraux piégés dans sa structure ont permis de retracer l'histoire thermique souterraine de l'échantillon.

Les résultats, publiés dans Nature Geoscience, s'appuient sur la détection de micro-inclusions de coésite. Ce minéral exige des pressions extrêmes pour se cristalliser, confirmant ainsi l'atteinte d'une profondeur minimale de 90 kilomètres avec des températures avoisinant 800 °C.

Anomalie thermique en profondeur réduite

À 45 kilomètres de profondeur, la roche ne présentait qu'un écart de 100 °C avec la température finale observée à 90 kilomètres. Elle atteignait donc environ 700 °C à mi-chemin, une valeur jugée anormalement élevée pour cette altitude.

Cette configuration contraste avec le profil habituel des zones de subduction, généralement caractérisées par un gradient thermique plus froid en profondeur relative. Le terme « froid » qualifie ici une température inférieure par rapport à la profondeur attendue, sans impliquer un refroidissement progressif durant la descente.

Le docteur Jan Schönig, du Centre des sciences de la Terre de l'Université de Göttingen, souligne que ce passage d'une phase chaude à une phase relativement froide contredit les modèles thermiques actuellement acceptés.

Pistes explicatives et implications futures

Bien que des roches ayant enregistré des chaleurs excessives aient déjà été identifiées, c'est la première fois qu'un trajet complet illustre aussi clairement cette transition vers des conditions plus fraîches pour la profondeur concernée.

Deux hypothèses émergent pour expliquer cet excès de chaleur initial. Le cisaillement généré par le frottement des plaques pourrait chauffer davantage les roches superficielles que estimé. Une autre possibilité réside dans le manque de temps nécessaire à la zone pour atteindre ses températures stables habituelles.

Une meilleure compréhension de ces gradients thermiques aidera les chercheurs à évaluer l'impact de la subduction sur les séismes, les volcans et le cycle long terme du carbone. Ces données clarifieront également le fonctionnement continu de ces mécanismes depuis des milliards d'années.

L'étude intitulée « Geothermal gradient change during subduction recorded by ultrahigh-pressure eclogite », menée par Jan Schönig et ses collègues, a bénéficié du financement de la Fondation allemande pour la recherche (DFG).