Les mystérieuses chaînes de montagnes qui se trouvent dans les profondeurs de la Terre

C’est un jour d’été éblouissant en Antarctique. De ses cils glacés, Samantha Hansen contemple le paysage sans relief : un mur blanc, où le haut est comme le bas, et où le sol se confond avec le ciel.

Dans ces conditions désorientantes, avec des températures avoisinant les -62 °C, il a repéré un endroit propice dans la neige et a sorti une pelle.

Hansen se trouve à l’intérieur inhospitalier du continent blanc. Non pas dans l’Antarctique pittoresque et légèrement plus chaud où arrivent les croisières, mais dans un environnement impitoyable où la faune et la flore ne s’aventurent même pas.

Au sein d’une équipe de l’université de l’Alabama et de l’université d’État de l’Arizona, toutes deux situées aux États-Unis, il a cherché des chaînes de “montagnes” cachées : des sommets qu’aucun explorateur n’a jamais foulés, que la lumière du soleil n’a jamais illuminés.

Ces montagnes sont situées dans les profondeurs de la Terre.

En 2015, les chercheurs étaient en Antarctique pour installer une station sismologique, un équipement à moitié enfoui dans la neige qui permet d’étudier l’intérieur de notre planète. Au total, l’équipe en a installé 15 à travers l’Antarctique.

Les structures montagneuses qu’elles ont révélées sont tout à fait mystérieuses. Mais l’équipe de Hansen a découvert que ces zones à vitesse ultra-faible, ou ULVZ, comme on les appelle, sont probablement très répandues.

“Nous avons trouvé des preuves de l’existence d’ULVZ partout”, déclare Hansen. La question est de savoir ce qu’elles sont. Et que font-elles à l’intérieur de notre planète ?

Une histoire mystérieuse

Les étranges montagnes intérieures de la Terre apparaissent à un endroit critique, entre le noyau métallique de la planète et le manteau rocheux qui l’entoure.

Comme le souligne l’équipe de Hansen, cette transition abrupte est encore plus radicale que le changement de propriétés physiques entre la roche solide et l’air. Elle intrigue les experts depuis des décennies.

Bien que cette “frontière” entre le noyau et le manteau se situe à des milliers de kilomètres de la surface de la Terre, il existe une influence surprenante entre ses profondeurs et notre propre monde.

On pense qu’il s’agit d’une sorte de cimetière pour d’anciens morceaux du plancher océanique, et qu’il pourrait même être à l’origine de volcans dans des endroits inattendus, comme Hawaï, en créant des voies très chaudes dans la croûte.

La détection des montagnes terrestres profondes a débuté en 1996, lorsque des scientifiques ont exploré la limite noyau-manteau dans les profondeurs de l’océan Pacifique central.

Pour ce faire, ils ont étudié les ondes sismiques créées par des secousses massives du sol, généralement des tremblements de terre, bien que les bombes nucléaires puissent produire le même effet.

Ces ondes traversent la Terre et peuvent être captées par des stations sismiques situées ailleurs à la surface, parfois à plus de 12 742 km de leur point d’origine.

En examinant les trajectoires des ondes, notamment leur réfraction par différents matériaux, les scientifiques peuvent reconstituer une image de l’intérieur de la planète qui ressemble à une radiographie.

En examinant les ondes générées par 25 tremblements de terre, les chercheurs ont constaté qu’elles ralentissaient inexplicablement lorsqu’elles atteignaient une zone déchiquetée à la limite entre le noyau et le manteau.

Que peuvent-elles être ?

Cette vaste chaîne de montagnes d’un autre monde était très variable : certains pics atteignaient 40 km dans le manteau, soit 4,5 fois la hauteur de l’Everest, tandis que d’autres n’avaient que 3 km de haut.

Depuis lors, des montagnes similaires ont été découvertes dans des endroits dispersés autour du noyau. Certaines sont particulièrement grandes : Un spécimen monstrueux occupe une zone de 565 miles (910 km) de large sous Hawaï.

Cependant, à ce jour, personne ne sait comment elles sont arrivées là ni de quoi elles sont faites.

Une théorie veut que les montagnes soient des parties du manteau inférieur qui sont devenues surchauffées en raison de leur proximité avec le noyau incandescent de la Terre.

Si le manteau peut atteindre 3 700 °C, cette température est relativement faible : le noyau peut atteindre des températures de 5 500 °C, ce qui n’est pas très éloigné de la température à la surface du Soleil.

Il a été suggéré que les parties les plus chaudes de la frontière entre le noyau et le manteau pourraient fondre partiellement, ce que les géologues considèrent comme la zone ULVZ.

Une autre théorie indique que les montagnes de la Terre profonde pourraient être constituées d’un matériau subtilement différent de celui du manteau qui les entoure.

Incroyablement, on pense qu’il pourrait s’agir des vestiges d’une ancienne croûte océanique qui a disparu dans les profondeurs et qui a fini par s’enfoncer pendant des centaines de millions d’années pour se déposer juste au-dessus du noyau.

Dans le passé, les géologues ont cherché des indices dans une deuxième énigme.

Les montagnes de la Terre profonde se trouvent généralement à proximité d’autres structures mystérieuses : d’énormes bulles ou de grandes zones de faible vitesse de cisaillement (LLSVP).

Il n’en existe que deux : un bombement amorphe appelé “Tuzo” sous l’Afrique et un autre connu sous le nom de “Jason” sous le Pacifique.

On pense qu’ils sont vraiment primitifs, peut-être vieux de plusieurs milliards d’années. Personne ne sait ce qu’ils sont ni comment ils sont arrivés là, mais leur proximité avec les montagnes a conduit à penser qu’ils sont liés d’une manière ou d’une autre.

L’une des explications de ce lien est que tout a commencé par le glissement de plaques tectoniques dans le manteau terrestre et leur enfoncement jusqu’à la limite entre le noyau et le manteau. Elles se sont ensuite lentement étendues pour former une variété de structures, laissant un sillage de montagnes et de taches.

Si c’est le cas, cela signifierait que ces deux types de plaques sont constitués d’une ancienne croûte océanique : une combinaison de basalte et de sédiments provenant du fond des océans, transformés par une chaleur et une pression intenses.

Mais l’existence de montagnes en profondeur sous l’Antarctique pourrait contredire cette hypothèse, suggère M. Hansen : “La majeure partie de notre région d’étude, l’hémisphère sud, est assez éloignée de ces grandes caractéristiques.

Une recherche glaciale

Pour installer leurs stations sismologiques en Antarctique, Hansen et son équipe se sont rendus sur les sites appropriés à bord d’hélicoptères et de petits avions, plaçant l’équipement dans la neige, parfois près du rivage, sous le regard curieux des manchots et des loutres de l’intérieur des terres.

Il n’a fallu que quelques jours pour obtenir les premiers résultats.

Les instruments peuvent détecter les tremblements de terre presque partout sur la planète : “Si c’est assez gros, nous pouvons le voir”, dit Hansen, et les occasions ne manquent pas.

Le centre national d’information sur les tremblements de terre (US National Earthquake Information Center) en enregistre environ 55 par jour dans le monde.

Bien que l’on ait déjà identifié des chaînes de montagnes dans les profondeurs de la Terre, personne ne les avait recherchées sous l’Antarctique.

L’Antarctique ne se trouve pas à proximité de l’un des points mystérieux, ni d’une plaque tectonique ayant récemment plongé. Cependant, à la surprise de l’équipe, elle en a trouvé sur tous les sites qu’elle a échantillonnés.

On pensait auparavant que les montagnes étaient disséminées à proximité des taches occupées par des taches. Mais les résultats de Hansen suggèrent qu’elles pourraient former une “couverture” continue enveloppant le noyau de la Terre.

La vérification de cette idée nécessitera beaucoup plus de recherches : avant l’étude de l’Antarctique, seuls 20 % de la limite entre le noyau et le manteau avaient été vérifiés.

“Mais nous espérons combler cette lacune”, déclare M. Hansen, qui explique que cela dépend également du développement de nouvelles techniques permettant d’identifier des structures plus petites.

Dans certaines régions, les structures ULVZ ressemblent davantage à de minces plateaux qu’à des montagnes, de sorte qu’il n’est pas encore possible de voir la couche entière.

Cependant, si les montagnes sont vraiment si étendues, cela aurait des implications à la fois sur leur composition et sur la manière dont elles sont liées à des structures de blob plus importantes.

Les vestiges de la tectonique des plaques, plus petits et de la taille d’une montagne, auraient-ils vraiment pu se retrouver dispersés aussi loin des grands blobs ?

Quelles que soient nos découvertes, il est étrangement approprié que le paysage glacial et étranger de l’Antarctique nous donne des indices sur les étranges montagnes surchauffées qui se trouvent dans les profondeurs de la Terre.

• Zaria GorvettRole,
• BBC Future
• 12 juin 2023