La naissance dynamique de l'océan Atlantique

L'océan Atlantique est le deuxième plus grand bassin océanique de la Terre, couvrant environ 106 millions de kilomètres carrés. Alors que ses vastes eaux séparent les Amériques de l'Europe et de l'Afrique, cette immense étendue est géologiquement jeune. Le bassin n'était pas toujours là; il a été formé par le mouvement incessant des plaques tectoniques de la Terre. Ce processus, connu sous le nom de fond océanique se propage aux limites divergentes des plaques, continue de façonner la planète.

Comprendre la formation de l'Atlantique offre une fenêtre directe sur la mécanique fondamentale de la tectonique des plaques. Cet article explore la science derrière des frontières divergentes, l'histoire de la naissance de l'Atlantique depuis le supercontinent Pangaea, le moteur volcanique de la crête du Mid-Atlantic, et les preuves qui ont confirmé ces théories révolutionnaires.

Le moteur de la Tectonique des plaques

La Lithosphère Dynamique

La couche externe de la Terre est divisée en plusieurs morceaux rigides appelés plaques tectoniques. Ces plaques, composées de la croûte et du manteau le plus élevé, forment la lithosphère. La lithosphère flotte au sommet d'une couche plus chaude et plus ductile du manteau connue sous le nom d'asthénosphère. Les courants de convection dans l'asthénosphère, entraînés par la chaleur du noyau de la Terre, génèrent des forces qui déplacent ces plaques à travers la surface de la planète.

La tectonique des plaques est la théorie unificatrice de la géologie, expliquant la distribution des tremblements de terre, des volcans, des chaînes de montagnes et des bassins océaniques. Le mouvement relatif des plaques est classé en trois types principaux : convergent (plaques se déplaçant l'une vers l'autre), transformé (plaques se glissant l'une l'autre) et divergent (plaques se déplaçant l'autre).

Le rôle des frontières divergentes

À une limite divergente, les plaques tectoniques s'éloignent les unes des autres. Comme les plaques se séparent, la lithosphère surélevée s'éclaircit et se fracture. La réduction de la pression sur le manteau sous-jacent déclenche la fonte de la décompression. Cette roche fondue, ou magma, est moins dense que la roche solide environnante et s'élève de façon soutenue pour combler l'écart.

L'océan Atlantique est entouré d'un seul système de frontières continues et divergentes : la crête du milieu de l'Atlantique. Cette crête serpente vers l'axe nord-sud du bassin océanique. À l'ouest de la crête, les plaques nord-américaine et sud-américaine s'éloignent des plaques eurasiennes et africaines vers l'est. L'espace laissé par cette séparation est constamment rempli par une nouvelle croûte qui s'élève du manteau.

Anatomie d'une plaque divergente

Rifting: La rupture initiale

La formation d'un nouveau bassin océanique commence par le raz-de-marée continental. Un continent est soumis à des forces d'extension, ce qui le pousse à s'étirer, à s'amincir et à développer une série de failles normales parallèles. Cela crée une vallée de raz-de-marée, une région dépressive bordée par des épaules élevées.

Le volcanisme devient très répandu, inondant le fond du fossé par la lave basaltique. Si le fossé continue avec succès, la croûte continentale est complètement séparée. Ce processus crée un nouveau bassin océanique étroit. La rupture n'est pas propre; des fragments de croûte continentale, appelés microcontinents, peuvent être isolés dans le nouveau bassin océanique.

Magmatisme et Accrétion Crustal

Une fois la faille entièrement établie et la croûte océanique commence à se former, le processus s'organise le long de la crête du milieu de l'océan. La génération de magma est continue. La composition de ce magma est principalement basalte tholéiitique.

De ces chambres, le magma est injecté verticalement dans la roche environnante pour former des digues en feuilles. Certains digues en plaques s'éteignent sur le fond marin, où il est trempé par l'eau de mer froide, formant des basaltes d'oreiller distinctifs. De plus en plus profond dans la croûte, le magma se refroidit plus lentement pour former du gabbro à grains grossiers.

Épaisseur du plancher océanique et circulation hydrothermale

La croûte océanique nouvellement formée ne reste pas à l'axe des crêtes. Comme le nouveau magma continue de s'infiltrer, il pousse la croûte plus ancienne et solidifiée latéralement loin de la crête. Ce processus de type tapis roulant est de propagation du fond marin. Le taux de propagation dans l'Atlantique est généralement considéré comme lent à intermédiaire, en moyenne de 2 à 5 centimètres par année.

La formation de nouvelles croûtes à la crête est accompagnée d'une intense activité hydrothermale. L'eau de mer froide percole par des fractures dans la croûte nouvellement formée. À sa descente, elle est chauffée par la chambre sous-jacente du magma. L'eau surchauffée dissout les métaux et les minéraux de la roche environnante. Elle s'évente ensuite sur le fond de la mer par des évents hydrothermaux, ou « fumeurs noirs », formant des dépôts de sulfure massifs et soutenant des écosystèmes chimiosynthétiques uniques.

La naissance d'un océan : la rupture de Pangaea

Le cycle du supercontinent

Il y a environ 335 millions d'années, la plupart des terres de la Terre ont été rassemblées en un seul supercontinent appelé Pangaea. Cette masse continentale massive était entourée d'un océan unique et global appelé Panthalassa. La formation et la rupture des supercontinents est un cycle géologique récurrent, animé par la convection du manteau et la tectonique des plaques.

Les forces qui assemblèrent Pangaea finirent par le déchirer. Il y a environ 200 millions d'années, pendant la période jurassique primitive, le supercontinent commença à se disloquer. La rupture initiale eut lieu entre ce qui est maintenant l'Amérique du Nord et l'Afrique du Nord-Ouest.

Province Magmatique de l'Atlantique Centre

La rupture de Pangaea n'était pas un processus calme et doux. Elle était accompagnée d'un des plus grands événements volcaniques de l'histoire de la Terre. Cet événement, connu sous le nom de Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP), a impliqué l'éruption de millions de kilomètres cubes de lave basaltique sur un court intervalle géologique. L'événement CAMP est conservé aujourd'hui comme des séquences épaisses de flux de lave (basaltes de crue) trouvés dans l'est de l'Amérique du Nord, le nord-ouest de l'Afrique, l'Amérique du Sud et l'ouest de l'Europe.

Le dégagement de gaz volcaniques, y compris de dioxyde de carbone et de soufre, a probablement provoqué de graves changements environnementaux, notamment un réchauffement climatique rapide et une acidification des océans. Ce volcanisme massif est fortement lié à l'événement d'extinction massive en fin de trissique, qui a permis de dégager la voie à la domination des dinosaures dans le Jurassique.

L'ouverture de l'Atlantique Nord et Sud

La division et l'expansion du fond marin qui ont créé l'océan Atlantique n'ont pas eu lieu tout à la fois. L'Atlantique Nord a commencé à s'ouvrir lorsque les plaques nord-américaines et eurasiennes divergeaient. Cette séparation initiale a créé une étroite voie maritime qui relie l'océan de Tethys à l'ouest.

L'Atlantique Sud a ouvert plus tard, à partir d'il y a environ 140 millions d'années dans le Crétacé précoce. L'Amérique du Sud et l'Afrique se sont séparées du Sud au Nord, comme une fermeture éclair. Cette séparation a également été précédée par un volcanisme massif, qui a créé les provinces de basalte d'inondation Paraná et Etendeka en Amérique du Sud et en Afrique, respectivement.

La crête du milieu de l'Atlantique : le centre de diffusion de l'océan

Une chaîne de montagnes submarine

La crête du Moyen-Atlantique est la plus longue chaîne de montagnes de la Terre, s'étendant sur 16 000 kilomètres de la crête de Gakkel de l'océan Arctique à la jonction triple Bouvet dans l'Atlantique Sud. C'est une chaîne robuste et continue de volcans sous-marins et de montagnes falsifiées qui définit la frontière entre les plaques tectoniques divergentes.

La crête n'est pas lisse. Elle se caractérise par une vallée de la faille centrale, typique des crêtes lentes. Cette vallée de la faille peut être de 20-40 kilomètres de large et sur un kilomètre de profondeur. Le plancher de la vallée est actif avec des éruptions volcaniques et des évents hydrothermaux.

Islande : Une crête au-dessus des vagues

L'Islande est l'un des seuls endroits où la crête du milieu de l'Atlantique est exposée au-dessus du niveau de la mer. Cela est dû à un puissant panache , ou hotspot, situé sous l'île. Le hotspot fournit un volume supplémentaire de magma, construisant la croûte assez haut pour se lever au-dessus de la surface de l'océan. L'Islande est donc un laboratoire naturel unique pour étudier les processus du système de crête du milieu de l'océan.

Le pays est divisé par la limite de la plaque divergente. Les plaques eurasiennes et nord-américaines se séparent activement, créant des fissures et des fissures à travers le paysage. Cette activité volcanique forme le terrain de l'Islande, avec de fréquentes éruptions dans ses systèmes volcaniques, tels que Bárðarbunga et Eyjafjallajökull. Le , parc national de vellir, est l'un des exemples visibles les plus spectaculaires d'une vallée de la faille créée par des plaques divergentes sur terre.

Vents de haute mer et écosystèmes uniques

Contrairement à la plupart des milieux terrestres, ces communautés ne dépendent pas de la lumière du soleil. Au lieu de cela, les bactéries chimiosynthétiques et l'archéaïque transforment les produits chimiques dans les fluides de ventilation (tels que le sulfure d'hydrogène et le méthane) en énergie.

Ces organismes forment la base d'un réseau alimentaire qui comprend des vers géants, des crevettes, des palourdes et diverses espèces de poissons. La découverte de cheminées hydrothermales dans les années 1970 révolutionne la biologie.Le champ hydrothermal de Los City, situé près de la crête du milieu de l'Atlantique, est un système de cheminée alcaline particulièrement unique qui fournit des renseignements sur les origines potentielles de la vie sur Terre.

Lire les rochers : des preuves pour l'expansion du plancher océanique

Bandes magnétiques sur le plancher de l'océan

L'un des éléments les plus convaincants de preuve pour l'expansion du fond marin est le motif des rayures magnétiques sur le fond de l'océan. Comme le magma se refroidit à la crête du Mid-Atlantic, les minéraux ferreux du basalte s'alignent sur le champ magnétique de la Terre.

Le champ magnétique de la Terre inverse périodiquement la polarité. Lorsqu'un renversement magnétique se produit, la croûte nouvellement formée enregistre la polarité opposée. Alors que le fond de mer s'étend loin de la crête, il crée un motif symétrique de bandes magnétiques normales et inversées des deux côtés de la crête. Ce motif agit comme un enregistreur de bande de l'histoire magnétique de la Terre et confirme parfaitement les prédictions de l'hypothèse de propagation du fond de mer. La théorie a été officialisée par Fred Vine et Drummond Matthews en 1963.

Forage en haute mer et âge de la croisé

Une autre confirmation a été apportée par le Projet de forage en mer profonde (PDDS) et plus tard par le Programme de forage en mer (PDO). En perçant dans le fond océanique, les scientifiques ont pu échantillonner directement les sédiments et le basalte sous-jacent.

La plus ancienne croûte océanique de l'Atlantique est située à côté des marges continentales, qui remontent au Jurassique et au Crétacé précoce. La plus jeune croûte se trouve directement sur l'axe des crêtes. Cette progression de l'âge fournit une chronologie indéniable de l'ouverture de l'océan Atlantique. Elle démontre que le fond océanique est constamment créé sur la crête et détruit dans les zones de subduction ailleurs.

Épaisseur des sédiments et flux thermique

Les sédiments s'accumulent lentement sur le fond de l'océan au fil du temps. Comme la croûte est la plus jeune à la crête du milieu de l'Atlantique, il y a moins de temps pour s'y accumuler. La couverture des sédiments est mince ou absente sur la crête.

Les mesures du flux thermique soutiennent également la théorie. La plus jeune croûte à l'axe des crêtes est chaude, ce qui entraîne un débit thermique élevé. Lorsque la croûte se refroidit et s'éloigne de la crête, le flux thermique diminue.

L'Atlantique de demain : poursuite de la motion et fermeture possible

L'océan en expansion

L'océan Atlantique est actuellement en phase d'ouverture active. Les plaques américaines continuent de dériver vers l'ouest de l'Eurasie et de l'Afrique à un rythme de quelques centimètres par an. Ce mouvement est confirmé par des mesures GPS et par l'activité sismique continue le long de la crête du milieu de l'Atlantique.

Les forces qui conduisent à cette expansion sont une combinaison de ridge push et slab pull[. La poussée de crête se produit parce que l'axe de crête élevé exerce une pression gravitationnelle sur la lithosphère environnante. La traction de la lithosphère océanique, générée par le naufrage de la lithosphère océanique dans les zones de subduction ailleurs, contribue également au mouvement différentiel des plaques.

Initiation de la subduction et cycle du supercontinent

Malgré son expansion actuelle, l'Atlantique ne grandira pas pour toujours. Finalement, la frontière divergente deviendra convergente. Cette transition se produit lorsque la lithosphère océanique dense le long des marges de l'Atlantique devient suffisamment lourde pour déclencher la subduction. Les zones de subduction se forment déjà dans les arcs des Caraïbes et de la Nouvelle-Écosse, qui sont essentiellement des précurseurs à petite échelle d'un système de subduction à grande échelle de l'Atlantique.

Lorsque la subduction commencera le long des marges de l'Atlantique, le bassin océanique commencera à se fermer. Ce processus est le début du prochain cycle du supercontinent. Les géologues prédisent que dans environ 200 à 300 millions d'années, les Amériques se heurteront aux continents eurasien et africain. Ce futur supercontinent a été nommé Amasia ou Novopangaea. La fermeture de l'Atlantique sera accompagnée par la construction de montagnes, le volcanisme et une restructuration fondamentale de la géographie de la Terre.

Un héritage dynamique

La formation de l'océan Atlantique est un exemple puissant de la nature dynamique de notre planète. De la rupture initiale de Pangaea, entraînée par des forces de manteau profond, à la création continue de croûte océanique à la crête du Mid-Atlantic, l'Atlantique est un témoignage de la puissance inépuisable de la tectonique des plaques. La preuve de ce processus est écrite dans les bandes magnétiques du fond marin, l'âge de ses roches, et le volcanisme actif le long de son axe central.

Cet océan n'est pas une caractéristique permanente. C'est un travail en cours, en expansion active aujourd'hui. La même frontière divergente qui l'a créé conduira inévitablement à sa fermeture, conduisant à la prochaine assemblée d'un supercontinent. Comprendre ce cycle nous permet d'apprécier les échelles de temps profondes et les forces immenses qui ont façonné, et continuent de façonner, la géographie du monde.