La croûte océanique inférieure formée par cristallisation de magma in situ

Alors que les deux tiers de la croûte terrestre se forment aux dorsales océaniques par fusion du manteau, le processus de formation de la partie inférieure de la croûte est encore débattu. Grâce à des méthodes d’analyses de pointe appliquées aux données sismiques de l’océan Atlantique, les chercheurs de l’IPGP et du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation d’Australie ont découvert des couches de roches différentes dans la croûte inférieure suggérant que celle-ci se forme par refroidissement et cristallisation du magma in situ.

Les dorsales océaniques forment, au milieu des océans, une chaîne de volcans qui s’étend sur plus de 60000 km tout autour de la Terre. À mesure que les plaques océaniques s’écartent, le manteau remonte, provoquant sa fusion à environ 70 km de profondeur et le magma progresse vers la surface ; une partie de ce magma arrive en éruption sur le plancher océanique tandis qu’une large partie reste dans la croûte, probablement sous forme de lentilles de magma, et refroidit puis se cristallise pour former la croûte inférieur, proposent les scientifiques dans une étude publiée dans Nature Geoscience, le 13 juin 2022. Le Moho (discontinuité de Mohorovičić) est la frontière qui sépare cette croûte nouvellement formée du manteau sous-jacent.

Pour cette étude, une équipe de chercheurs de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP, Université Paris Cité, CNRS) et de GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research en Allemagne ont mené, en 2017, une campagne océanographique dans l’océan Atlantique équatorial à bord du navire océanographique allemand Maria S. Merian. Ils ont déployé des sismomètres de fond de mer (OBS) sur le plancher océanique pour enregistrer la source d’énergie sonore émise par le navire et leur propagation dans la croûte. Les signaux enregistrés ont ensuite été analysés, sur la plateforme de calcul intensif S-CAPAD de l’IPGP, avec la méthode d’inversion de forme d’onde sismique complète, développée à l’institut. Cette analyse a révélé la présence de couches de 400 à 500 m d’épaisseur comprenant différents types de roches à partir de 2 km en dessous du plancher océanique. Ces résultats indiquent que l’eau de mer pénètre à 2-3 km sous le plancher océanique, ce qui refroidit le magma et fait circuler les minéraux et nutriments vers le plancher océanique au niveau les sites hydrothermaux (black smokers) alimentant des millions d’organismes vivants dans les profondeurs de l’océan. Le magma refroidi se cristallise alors sur place formant ainsi des couches de roches de différentes compositions. Ces couches s’étendent entre 5 et 15 km le long du profil étudié, couvrant la croûte qui s’est formée entre 300 et 800 milliers d’années, laissant penser que ce procédé d’accrétion crustale est un processus stable.

Schéma illustrant la structure de la croûte océanique à la dorsale médio-Atlantique et loin de l’axe de la dorsale. En noir, les cercles et les barres représentent la lave basaltique et les dikes. Les fines ellipses en bleu représentent les altérations hydrothermales. Les ellipses verticales en rouge représentent la remontée du magma dans le manteau. Les couches en marron clair représentent les différentes couches de roches dans la croûte inférieure.

Les résultats de cette étude, financée par l’European Research Council (ERC), suggèrent que la croûte océanique aux dorsales océaniques lentes est aussi essentiellement formée par une action magmatique, similaire aux dorsales rapides, et que le magma joue un rôle fondamental dans la formation de la croûte océanique.

Références :

Guo, P., Singh, S.C., Vaddineni, V., Grevemeyer, I., and Saygin, E. Lower oceanic crust formed by in situ melt crystallization revealed by seismic layering, Nature Geoscience, 15, 2022

DOI : 10.1038/s41561-022-00963-w