Le rôle de la convection dans la composition chimique des laves océaniques

Deux chercheurs français et américain, dont un chercheur de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (Université Paul Sabatier de Toulouse et CNRS), viennent de démontrer, au moyen de simulations numériques, le rôle de la convection à petite échelle dans la composition et la variabilité chimiques des laves océaniques issues des dorsales médio-océaniques. Cette étude est parue le 20 juillet 2014 dans la revue Nature Geoscience.

Il est généralement admis que les laves océaniques proviennent de différentes sources de compositions distinctes situées au sein du manteau terrestre.

Si les mouvements des plaques tectoniques à grande échelle constituent le mécanisme principal pour le mélange de ces sources, la signature géochimique des laves issues de différentes dorsales médio-océaniques peut varier considérablement. Les variabilités géochimiques sont souvent faibles aux endroits où les vitesses des plaques sont élevées, ce qui est compatible avec un mélange issu du mouvement des plaques. Cependant, les dorsales océaniques lentes, comme la ride Sud-Ouest Indienne, sont également associées à une géochimie homogène, ce qui est incompatible avec un mélange issu des plaques tectoniques.

Nos travaux se basent sur des simulations numériques de l’écoulement du manteau afin d’étudier l’efficacité du mélange à proximité des dorsales médio-océaniques, en faisant varier la taille et la vitesse des plaques tectoniques. Nos simulations montrent que la convection à petite échelle dans le manteau contribue de manière significative au mélange mantellique pour les dorsales lentes. Les vitesses de plaques plus rapides ainsi que des plaques plus petites inhibent le développement de la convection à petite échelle. Nous concluons que si les laves provenant de dorsales océaniques rapides sont bien mélangées par le brassage des plaques à grande échelle, les dorsales océaniques lentes sont également bien sont mélangées par la convection à petite échelle.

Ces résultats ont une portée importante pour l’interprétation des données géochimiques au niveau des dorsales océaniques et des points chauds dont les variabilités isotopiques peuvent être expliquées sans faire appel à des réservoirs géochimiques isolés mais uniquement par une efficacité variable des processus de mélange au sein du manteau terrestre.

Figure : Helium variability and predicted mixing times along mid-ocean ridges. a, Seafloor age and eight selected regions (labelled rectangles) considered in b–d. b, Standard deviation of R=3He/4He measured along spreading centres, normalized to the atmospheric ratio value, Ratm, versus ridge’s half-spreading rate. c,d, Predicted mixing times (c) and standard deviations (d) of chemical heterogeneities versus ridge’s half-spreading rate, assuming that mixing is entirely due to surface-plate motion (pink circles), or making the more reasonable assumption that mixing results from the combination of small-scale convection and surface-plate motion (blue stars). This blue trend in (d) is in much better agreement with the data (b) than the standard assumption (pink trend in d), thereby suggesting that small-scale convection combined with plate-driven flow can explain the observed Helium isotopic variability along ridges.

• Article :  Mixing at mid-ocean ridges controlled by small-scale convection and plate motion, by Henri Samuel & Scott D. King, Nature Geoscience 7,602–605(2014)doi:10.1038/ngeo2208
• Communiqué de Presse du CNRS-INSU : https://www.irap.omp.eu/actualites/actu-rides