Introduction aux pièges de Deccan

Les Trapes de Deccan de l'Inde représentent l'une des plus vastes provinces continentales de basalte d'inondation, couvrant une superficie d'environ 500 000 km2 dans l'ouest et le centre de l'Inde. Ces flux de lave basaltique accumulés pendant le Crétacé tardif au Paléocène précoce, il y a environ 66,3 à 65,5 millions d'années, coïncident avec l'événement d'extinction de masse du Crétacé-Paléogène (K-Pg). Le terme «traps» dérive du mot suédois trapa, qui signifie escaliers, en référence à la topographie de type pas à pas formée par les flux de lave empilés qui dominent le paysage.

La province est un exemple classique d'une grande province ignée (LIP), caractérisée par l'éruption d'énormes volumes de basalte tholéiitique sur une période géologique relativement courte. Le volume original des Trapes de Deccan est estimé à plus de 1,5 million de km3, le volume restant étant d'environ 500 000 km3. Cet immense événement magmatique a été lié au panache de la Réunion, qui a amorcé l'activité volcanique pendant que l'Inde dériveait sur la tête du panache au cours de son voyage vers le nord après la rupture de Gondwana. La relation entre les éruptions de Deccan et la limite K-Pg a suscité un intérêt soutenu pour la recherche, avec des preuves que la phase la plus intensive du volcanisme s'est produite dans quelques centaines de milliers d'années après l'impact du Chicxulub.

Répartition géographique des débits de lava basaltique

Les coulées de lave basaltique des Trapes de Deccan sont exposées dans une vaste région qui s'étend sur les États indiens du Maharashtra, du Gujarat, du Madhya Pradesh, du Karnataka, de l'Andhra Pradesh et du Telangana. La principale zone d'affleurement forme une forme à peu près triangulaire, avec l'apex à l'ouest près de Mumbai et la base s'étendant vers l'est sur le plateau central indien. Les séquences les plus épaisses, atteignant jusqu'à 2 km en hauteur verticale, sont conservées le long de l'escarpement des Ghats occidentaux entre Mumbai et Goa, où les écoulements créent une topographie spectaculaire, semblable à une étape.

Les eaux s'éclaircissent progressivement vers l'est et vers le sud-est, ce qui reflète le paléoslope qui s'est formé à l'ouest et l'emplacement des systèmes d'alimentation concentrés le long de la marge ouest. Dans les parties orientales de la province, comme le plateau de Malwa à Madhya Pradesh et la chaîne Satpura, les basaltes de Deccan sont plus minces, généralement de 100 à 500 mètres, et sont souvent conservés comme restes isolés de la mésa séparés par l'érosion. La marge ouest de la province est marquée par la côte de la mer d'Arabie, où les courants se poursuivent au large sous la plate-forme continentale, comme le confirment les études de réflexion sismique et les forages au large.

Variations régionales de l'épaisseur et de la couverture des flux

Dans la région des Ghats occidentaux, les unités de débit individuelles ont une épaisseur moyenne de 20 à 40 mètres, mais peuvent atteindre jusqu'à 100 mètres dans la partie inférieure de la séquence. Le nombre d'unités de débit dans une section donnée diminue systématiquement vers l'est, passant de plus de 100 débits dans l'ouest à moins de 20 dans les expositions les plus à l'est. Ce schéma indique que les centres d'éruption étaient principalement situés dans l'ouest, avec des débits s'étendant vers l'est dans l'intérieur du continent. La partie sud de la province, s'étendant dans le nord du Karnataka et l'ouest de l'Andhra Pradesh, montre un amincissement distinct de la séquence, avec de nombreux débits se penchant sur les hauts sommets topographiques du sous-sol précambrien. Des études géologiques ont montré comment certaines unités de débit individuelles peuvent être tracées latéralement sur des distances de 100 à 150 km, ce qui indique des éruptions à grande quantité capables de produire des flux de feuilles importants.

Cadre stratigraphique et chimiostratigraphie

Les pièges de Deccan ont été divisés en trois sous-groupes principaux basés sur la cartographie chimiostratigraphique : le sous-groupe Kalsubai à la base, le sous-groupe Lonavala au milieu et le sous-groupe Wai en haut. Chaque sous-groupe comprend plusieurs formations caractérisées par des signatures géochimiques distinctives, notamment des rapports d'éléments traces tels que Ba/Y, Sr/Y et Zr/Nb, qui demeurent cohérents dans toute la province et permettent une corrélation fiable des unités de flux entre les sections éloignées.

Le sous-groupe Kalsubai comprend les formations Jawhar, Igatpuri et Neral, qui représentent les premières phases d'éruption des pièges de Deccan. Ces basaltes sont caractérisés par des teneurs relativement élevées en MgO et en Ni, ce qui indique des magmas primitifs qui ont subi une contamination crustale minimale. Le sous-groupe Lonavala comprend les formations Bhimashankar, Khandala et Thakurvadi, qui montrent une augmentation de la contamination crustale et des compositions plus évoluées. Le sous-groupe Wai, le plus vaste en termes de couverture aréale, comprend les formations Bushe, Poladpur, Ambenali, Mahabaleshwar, Desur et Panhala. La formation Bushe est remarquable pour sa contamination crustale extrême, tandis que les formations Ambenali et Mahabaleshwar représentent la phase éruptive la plus volumineuse, avec des compositions indiquant un changement des caractéristiques de source de manteau.

Défis et progrès en matière de corrélation

Les couches de bol rouge, les horizons latéritiques qui se forment pendant les périodes de quiescence volcanique, fournissent des marqueurs stratigraphiques importants qui peuvent être tracés sur des distances considérables.Ces zones météorologiques, qui varient généralement de quelques centimètres à plusieurs mètres d'épaisseur, représentent des périodes d'exposition subaérienne et d'altération chimique entre les phases d'éruption. Les techniques géochimiques modernes, y compris l'analyse des éléments traces de haute précision et les rapports isotopiques radiogéniques, ont permis de préciser la corrélation entre les unités d'écoulement. Les études effectuées à l'aide d'isotopes Sr-Nd-Pb ont démontré que chaque formation possède une signature isotopique distincte qui peut être utilisée pour identifier les unités d'écoulement même dans les zones où les relations de terrain sont ambiguës.

Morphologie des flux et architecture interne

Les flux de basalte de Deccan présentent une gamme de morphologies dominées par les flux composés de pahoehoe, avec des quantités moindres de « a'a, de flux de feuilles et de lave d'oreiller dans de rares cas. Les flux composés de pahoehoe sont constitués de lobes multiples et interconnectés qui se sont réunis pendant l'emplacement, créant une architecture interne complexe. Les lobes individuels vont de moins d'un mètre à plus de 10 mètres d'épaisseur et se caractérisent par des motifs de zonation distinctifs de vésicules. La structure interne typique d'un lobe de pahoehoe comprend une croûte vésiculeuse supérieure, un noyau central dense avec moins de vésicules et une zone vésiculeuse inférieure.

Les flux de la plagioclase-phyrique géante de la formation Mahabaleshwar sont un type distinctif de flux de la feuille caractérisé par de grands cristaux de plagioclase alignés jusqu'à 5 cm de longueur, ce qui indique une cristallisation dans un environnement dynamique de la chambre de magma avant l'éruption.

Structures internes et historique de refroidissement

Les structures internes conservées dans les flux de basalte de Deccan fournissent des informations détaillées sur les vitesses de refroidissement, l'historique du dégazage et la dynamique de l'emplacement. L'articulation des colonnes, formée par contraction thermique pendant le refroidissement, est répandue dans les unités de débit plus épaisses et produit des colonnes hexagonales caractéristiques à pentagonales de 10 cm à plus de 2 mètres de diamètre. Le patron de l'articulation des colonnes varie systématiquement par un écoulement, avec des colonnes plus petites dans les marges supérieures et inférieures rapidement refroidies et des colonnes plus grandes dans l'intérieur lentement refroidi. L'articulation horizontale, ou structures entablantes, se produit dans certains écoulements où l'eau interagit avec la lave de refroidissement, accélère les taux de refroidissement et produit des profils de fracture irréguliers.

Dynamique d'éruption et systèmes d'évent

Les éruptions de Deccan Trap ont été alimentées principalement par des systèmes de fissuration, avec des magma ascendant à travers un réseau de dykes concentrés dans la zone de la faille Narmada-Tapti et le long de l'escarpement des Ghats occidentaux. Plus de 300 dykes mafiques ont été documentés dans la province de Deccan, avec des orientations contrôlées par le champ de stress régional. La tendance dominante de la dyke est du nord-ouest au sud-est, parallèle à la ligne de Narmada-Son, avec une tendance secondaire nord-sud le long des Ghats occidentaux. Ces dykes sont des bras de plomberie de la province volcanique de Deccan, fournissant des conduits pour le transport du magma des chambres de magma crustales inférieures à la surface. La composition géochimique des dykes correspond à celle des formations de flux dominants, confirmant leur rôle en tant que systèmes d'alimentation.

La phase principale des éruptions a été observée dans plusieurs pulsations, chacune pouvant durer de quelques centaines à quelques milliers d'années, séparées par des périodes de quiescence plus longues. La géochronologie de haute précision utilisant la datation U-Pb de zircons extraites de couches sédimentaires intertrappées et la datation Ar-Ar de la masse basaltique a révélé qu'environ 80% du volume total de Deccan a été éclos en moins de 500 000 ans, centré il y a environ 66,0 millions d'années. Les taux d'éruption durant les phases principales sont estimés à 1 à 5 km3 par an, comparable aux éruptions historiques de basalte en Islande et dans le groupe de basalte de Columbia. Ce taux d'emplacement rapide est conforme à un grand nombre de têtes de panache arrivées à la base de la lithosphère, produisant de grands volumes de fonte par fusion de la décompression.

Rôle de la zone de l'éventuel fossé Narmada-Tapti

La zone de faille de Narmada-Tapti représente une caractéristique tectonique majeure qui contrôlait l'emplacement et l'orientation des systèmes d'alimentation de Deccan. Cette zone de faiblesse crustale tendante est-ouest, héritée du cadre tectonique protérozoïque, a fourni une voie privilégiée pour l'ascension du magma du manteau. La concentration des dykes et des évents volcaniques le long de cette zone indique que le rift a agi comme un important système de conduit pour les magmas de Deccan. Les études sismiques ont des matériaux magmatiques sous-plaqués à la base de la croûte sous la zone de rift, ce qui correspond à la présence d'une source de magma de longue durée.

Variations géochimiques et sources de magnésium

La diversité géochimique des basaltes de Deccan Trap reflète des variations dans la composition des sources de manteau, le degré de fusion partielle et les processus de contamination crustale. Les basaltes sont principalement tholéiitiques, avec des teneurs en MgO allant de 4 à 12 pour cent de poids et des teneurs en SiO2 entre 48 et 52 pour cent de poids. Les trois principaux sous-groupes montrent des tendances géochimiques distinctes : les basaltes de Kalsubai ont des teneurs en MgO et en Ni plus élevées, ce qui indique des magmas plus primitifs avec une évolution limitée, tandis que les basaltes de Wai montrent des signes de contamination crus plus importantes et des compositions plus évoluées.

La contamination crustale a joué un rôle important dans la modification des compositions magma, en particulier dans les stades ultérieurs du volcanisme. La Formation Bushe montre la contamination crustale la plus extrême, avec des rapports isotopiques Nd (εNd aussi bas que -12) indiquant l'assimilation de la croûte continentale archéenne. L'augmentation progressive de la contamination crustale du Kalsubai au Sous-groupe Wai reflète le développement de chambres magma crustales et l'interaction croissante entre les magmas dérivés du manteau et la croûte environnante. La Formation Ambenali, inversement, montre une contamination crustale minimale avec des rapports isotopiques Nd relativement radiogéniques, indiquant que pendant la phase de pointe du volcanisme, la montée magma a été suffisamment rapide pour limiter l'interaction crustale.

Conséquences pour l'hétérogénéité des sources de manteau

Les données géochimiques et isotopiques combinées des basaltes de Deccan indiquent que la source du manteau comprenait à la fois une composante relativement appauvrie, semblable à la source du basalte de crêtes de l'océan moyen, et une composante enrichie caractérisée par des concentrations élevées d'éléments incompatibles et des rapports isotopiques Sr radiogéniques. Cette hétérogénéité est conforme à l'implication du panache de la Réunion, qui porte une signature isotopique mixte reflétant les contributions des sources du manteau profond et du matériel du manteau supérieur entraîné. Les variations systématiques des rapports des éléments traces, comme la/Sm et Dy/Yb, à travers la séquence stratigraphique indiquent des profondeurs changeantes et des degrés de fusion partielle dans le temps.

Évolution temporelle et phases d'éclatement

La géochronologie de haute précision utilisant 40Ar/39La datation de l'arête et la datation de l'U-Pb du zircon ont révolutionné notre compréhension du moment des éruptions de Deccan. La phase principale des éruptions a eu lieu entre 66,3 et 65,5 millions d'années auparavant, les éruptions les plus volumineuses étant concentrées entre 66,1 et 65,9 millions d'années. Cette mise en place rapide a créé la majeure partie de la pile de lave conservée dans un intervalle géologiquement bref. Les premières éruptions, représentées par le sous-groupe Kalsubai, étaient relativement petites en volume et limitées géographiquement à la partie ouest de la province. Ces éruptions initiales ont été suivies d'une augmentation spectaculaire des taux d'éruptions au cours des sous-groupes Lonavala et Wai, produisant les séquences d'écoulement les plus épaisses et les plus étendues.

La corrélation temporelle entre la phase principale du volcanisme de Deccan et la limite K-Pg à 66,0 millions d'années a été au centre de recherches intenses. Les données récentes sur l'âge à haute résolution indiquent que la pulsation la plus intense des éruptions de Deccan s'est produite dans environ 50 000 ans après l'impact de Chicxulub, avec des incertitudes qui se chevauchent dans la détermination de l'âge. Cette coïncidence temporelle a donné lieu à des hypothèses largement discutées sur les rôles respectifs du volcanisme et de l'impact dans l'extinction de masse de fin de Crétacé.

Taux d'éruption et flux de volume dans le temps

Les estimations quantitatives des taux d'éruption par la séquence de Deccan indiquent que les taux d'éffusion maximums ont été observés pendant l'implantation des formations Mahabaleshwar et Ambenali. Ces unités, qui représentent ensemble plus de 50 % du volume de Deccan conservé, ont été écloses à des taux estimés entre 2 et 5 km3 par an sur des intervalles de 50 000 et 100 000 ans. Par comparaison, le taux de fond de l'activité volcanique globale est de l'ordre de 3 km3 par an, ce qui signifie que le système de Deccan seul produisait du magma à des taux comparables à la production volcanique de la Terre tout entière. Le sous-groupe Kalsubai, qui représente la phase initiale, a été éclos à des taux inférieurs de 0,1 à 0,5 km3 par an, ce qui suggère une accumulation progressive du système de magma.

Facteurs influençant la distribution du débit des larves

La répartition des flux de lave dans les Trapes de Deccan était contrôlée par un jeu complexe de facteurs topographiques, tectoniques, magmatiques et climatiques. La topographie régionale jouait un rôle dominant, avec des flux qui remplissaient de préférence les paléovallées et les zones basses, créant le paysage caractéristique du plateau. Le sous-sol prédéccan, composé de gneisses archéennes, de bassins sédimentaires protérozoïques et de roches sédimentaires crétacées, fournissait un substrat varié qui canalisait et détournait les flux. La région de Ghats occidental, avec son paléoslope escarpé vers l'est, a connu des accumulations de lave plus épaisses parce que les flux se sont étangés contre les barrières topographiques et s'étaient accumulés dans les paléovallées.

Les structures tectoniques, y compris le linéament de Narmada-Son et les failles de poussée de la direction ouest des Ghats occidentaux, contrôlaient l'emplacement des systèmes d'alimentation et influençaient les directions d'écoulement. La zone de rift Narmada-Tapti agissait comme un important conduit structural, avec des essaims de dyke concentrés le long de cette zone, fournissant des voies d'ascension du magma. Les failles actives pendant le volcanisme pouvaient avoir créé des bas topographiques qui canalisaient les débits et contrôlaient leur distribution. Le volume d'éruption et le taux d'effusion déterminaient la distance parcourue depuis leurs évents, avec des débits à fort débit d'effusion capables de parcourir plus de 100 km en lobes de feuilles.

Paléotopographie et contrôles du sous-sol

La topographie prévolcanique de l'ouest de l'Inde a eu une influence significative sur les distributions de lave. Les Trapes de Deccan ont été placées sur une surface qui avait été façonnée par le soulèvement et l'érosion tectoniques pendant le Crétacé tardif. La présence des hauts-fonds précambriens, comme le Craton de Dharwar au sud et le Craton de Bundelkhand au nord, a créé des barrières topographiques qui ont confiné la lave dans les bassins intermédiaires. Les paléovalles de tendance ouest-est, hérités de systèmes de drainage préexistants, ont canalisé les débits dans une direction est loin des principaux centres d'éruption. Les études de réflexion sismique ont illustré la surface prédécanique sous la marge ouest de la province, révélant une topographie avec relief de plusieurs centaines de mètres qui ont influencé significativement la distribution et l'épaisseur des premiers débits.

Impacts environnementaux et climatiques du volcanisme deccan

L'éruption des Trapes de Deccan a libéré de grandes quantités de gaz volcaniques, y compris le dioxyde de soufre (SO2), le dioxyde de carbone (CO2) et les halogènes dans l'atmosphère crétacée tardive. Les estimations des rejets de SO2 varient de 10 à 100 téragrammes par année pendant les principales phases d'éruption, comparables aux plus grandes éruptions volcaniques historiques, mais se sont maintenues pendant des périodes beaucoup plus longues. Les taux d'éruptions rapides durant la phase principale auraient causé un refroidissement à court terme important en raison de la formation d'aérosols de sulfate dans la stratosphère, suivi d'un réchauffement à long terme à cause des émissions de CO2.

Le moment où se produit le volcanisme de Deccan par rapport à la limite K-Pg a été étudié de façon intensive, et les preuves indiquent que la phase la plus intensive des éruptions a coïncidé avec l'impact de Chicxulub. Les effets combinés des changements environnementaux volcaniques et induits par les impacts ont probablement entraîné l'extinction massive à la fin de la période crétacé. Les éruptions de Deccan ont peut-être contribué à l'acidification des océans, au réchauffement planétaire et à la perturbation des écosystèmes marins et terrestres avant même l'événement d'impact. La recherche de l'USGS sur les grandes provinces ignées a démontré que de tels événements peuvent causer des perturbations importantes au cycle du carbone et au système climatique planétaire.

Résumé des caractéristiques de distribution

  • Couverture aréale étendue: Les Trapes de Deccan couvrent environ 500 000 km2 dans l'ouest et le centre de l'Inde, avec les séquences les plus épaisses dans les Ghats occidentaux et s'éclaircissant vers l'est.
  • Trois principaux sous-groupes chimiostratigraphiques (Kalsubai, Lonavala, Wai) enregistrent l'évolution progressive du volcanisme de Deccan sur plusieurs millions d'années.
  • Comparence d'épaisseur près des évents: L'épaisseur du flux diminue systématiquement vers l'est à partir des principaux systèmes d'alimentation de l'ouest, indiquant l'emplacement des centres d'éruption.
  • L'influence de la topographie régionale :[ La topographie préexistante du sous-sol, y compris les paléovallées et les hauteurs tectoniques, a contrôlé la distribution et l'épaisseur des unités d'écoulement individuelles.
  • Le contrôle tectonique des systèmes d'alimentation: La zone de faille Narmada-Tapti et les systèmes de faille de Ghats occidentaux ont fourni des voies pour l'ascension du magma et ont influencé l'orientation des essaims de dyke.
  • Diversité géochimique: Les variations de la composition des sources de manteau, du degré de fusion partielle et de la contamination crustale sont enregistrées dans la chimiostratigraphie des formations d'écoulement.
  • Mise en place rapide: La géochronologie de haute précision indique que la majeure partie du volume de Deccan a été ébranlée en moins de 500 000 ans, avec des taux de pointe dépassant 2 km3 par année.
  • Importance environnementale: Les éruptions de Deccan ont libéré de grandes quantités de gaz volcaniques, contribuant au changement climatique et à la perturbation des écosystèmes à la limite K-Pg.
  • Morphologie des écoulements: Les écoulements composés de pahoehoe dominent, avec des écoulements moins aa et en feuilles, reflétant des variations dans le taux d'effusion et la dynamique des éruptions.
  • Conservation à long terme : L'érosion post-érection a éliminé des volumes importants de basalte de Deccan, avec des patrons d'affleurement modernes influencés par le système de drainage post-déccan et l'histoire tectonique.

Les recherches en cours sur les Trapes de Deccan continuent de nous permettre de mieux comprendre la distribution et les caractéristiques de ces flux de lave basaltique.Les progrès récents en géochronologie et en géochimie ont fourni une résolution temporelle sans précédent pour la séquence de Deccan, permettant des corrélations plus détaillées entre l'activité volcanique et le changement environnemental.L'intégration de la cartographie de terrain, de l'analyse géochimique et de l'imagerie géophysique continue de révéler de nouveaux détails sur l'architecture tridimensionnelle de la province et les processus qui contrôlaient la distribution du flux de lave.