Arc Izu-Bonin-Mariana - Izu–Bonin–Mariana Arc
Le système d'arc Izu-Bonin-Mariana (IBM) est une frontière convergente de plaques tectoniques en Micronésie . Le système d'arc IBM s'étend sur 2 800 km au sud de Tokyo, au Japon, jusqu'au-delà de Guam , et comprend les îles Izu , les îles Bonin et les îles Mariannes ; une plus grande partie du système d'arc d'IBM est submergée sous le niveau de la mer. Le système d'arc IBM se trouve le long de la marge orientale de la plaque maritime des Philippines dans l'océan Pacifique occidental. C'est le site de l'entaille la plus profonde de la surface solide de la Terre, le Challenger Deep dans la fosse des Mariannes .
Le système d'arc IBM s'est formé à la suite de la subduction de la plaque du Pacifique occidental . Le système d'arc IBM maintenant subducte mi - Jurassique au début du Crétacé lithosphère , avec les jeunes lithosphère dans le nord et plus lithosphère dans le sud, dont le plus ancien (~ 170 millions d' années, ou Ma) croûte océanique . Les taux de subduction varient de ~2 cm (1 pouce) par an dans le sud à 6 cm (~2,5 pouces) dans le nord.
On pense que les îles volcaniques qui composent ces arcs insulaires se sont formées à partir de la libération de substances volatiles (vapeur d'eau piégée et d'autres gaz) libérées par la plaque subductée, car elle a atteint une profondeur suffisante pour que la température provoque la libération de ces matériaux. . Les tranchées associées se forment au fur et à mesure que la partie la plus ancienne (la plus occidentale) de la croûte des plaques du Pacifique augmente en densité avec l'âge et, à cause de ce processus, atteint finalement son point le plus bas au moment où elle s'enfonce sous la croûte à l'ouest de celle-ci.
Le système d'arc IBM est un excellent exemple de marge convergente intra-océanique (IOCM). Les IOCM sont construits sur la croûte océanique et contrastent fondamentalement avec les arcs insulaires construits sur la croûte continentale, comme le Japon ou les Andes . Parce que la croûte de l'IOCM est plus mince, plus dense et plus réfractaire que celle sous les marges de type andin, l'étude des fontes et des fluides de l'IOCM permet une évaluation plus sûre des flux et des processus du manteau à la croûte que ce qui est possible pour les marges convergentes de type andin. Parce que les IOCM sont éloignés des continents, ils ne sont pas affectés par le grand volume de sédiments alluviaux et glaciaires. La mince couverture sédimentaire qui en résulte rend beaucoup plus facile l'étude de l'infrastructure de l'arc et la détermination de la masse et de la composition des sédiments subductés. Les systèmes hydrothermaux actifs trouvés dans les parties sous-marines des IOCM nous donnent l'occasion d'étudier combien de gisements de minerai importants se sont formés.
Limites du système IBM Arc
La croûte et la lithosphère produites par le système d'arc IBM au cours de son histoire d'environ 50 Ma se trouvent aujourd'hui aussi loin à l'ouest que la crête Kyushu-Palau (juste à l'est du bassin maritime des Philippines occidentales ), jusqu'à 1 000 km de la tranchée IBM actuelle. Le système d'arc IBM est l'expression superficielle du fonctionnement d'une zone de subduction et cela définit son étendue verticale. La limite nord du système d'arc d'IBM suit le creux de Nankai vers le nord-est et le sud de Honshū, rejoignant un système complexe de poussées qui se poursuivent au large vers l'est jusqu'à la tranchée du Japon . L'intersection des tranchées d' IBM, du Japon et de Sagami à Boso Triple Junction est la seule triple jonction tranchée-tranchée-tranchée sur Terre. Le système d'arc IBM est délimité à l'est par une tranchée très profonde, qui s'étend de près de 11 km de profondeur dans le Challenger Deep à moins de 3 km là où le plateau d'Ogasawara pénètre dans la tranchée. La limite sud se trouve à l'endroit où la tranchée IBM rencontre la crête Kyushu-Palau près de Belau . Ainsi défini, le système d'arc IBM s'étend sur 25° de latitude, de 11°N à 35°20'N
Mouvements de plaque
Le système d'arc d'IBM fait partie de la Philippine Sea Plate , du moins en première approximation. Bien que l'arc IBM se déforme à l'intérieur - et en fait, dans le sud, une petite plaque connue sous le nom de plaque Mariana est séparée de la plaque maritime des Philippines par une crête qui s'étend dans le creux des Mariannes - il est toujours utile de discuter des taux et des directions approximatifs des Philippines. Sea Plate avec ses voisins lithosphériques, car ceux-ci définissent, au premier ordre, à quelle vitesse et le long de quelles lignes le matériau est introduit dans l'usine de subduction. La plaque maritime des Philippines (PH) a quatre plaques voisines : Pacifique (PA), Eurasie (UE), Amérique du Nord (NA) et Caroline (CR). Il y a un mouvement relatif mineur entre PH et CR; en outre, CR n'alimente pas l'usine de subduction d'IBM, il n'est donc pas discuté davantage. La plaque nord-américaine comprend le nord du Japon, mais le mouvement relatif entre elle et l'Eurasie est suffisamment petit pour que le mouvement relatif entre PH et EU explique le mouvement d'intérêt. Le pôle d'Euler pour PH-PA déduit du modèle NUVEL-1A pour les mouvements de plaques actuels ( DeMets et al. 1994 ) se situe à environ 8°N 137,3°E, près de l'extrémité sud de la plaque maritime des Philippines. PA tourne autour de ce pôle CCW ~1°/Ma par rapport à PH. Cela signifie que par rapport à l'IBM le plus au sud, PA se déplace vers le NW et est subduit à environ 20-30 mm/an, alors que par rapport à l'IBM le plus au nord, PA se déplace vers le WNW et deux fois plus vite. À l'extrémité sud d'IBM, il n'y a presque pas de convergence entre la plaque Caroline et la plaque maritime des Philippines. L'arc IBM ne connaît pas de « roll-back » de tranchée, c'est-à-dire la migration de la tranchée océanique vers l'océan. La tranchée se déplace vers l'Eurasie, bien qu'un régime fortement extensionnel soit maintenu dans le système d'arc IBM en raison de la convergence rapide PH-EU. L'orientation presque verticale de la plaque subductée sous le sud d'IBM exerce une forte force "d'ancre marine" qui résiste fortement à son mouvement latéral. On pense que la propagation du bassin de l'arrière-arc est due aux effets combinés de la force de l'ancre marine et de la convergence rapide PH-EU ( Scholz & Campos 1995 ). L'obliquité de convergence entre PA et le système d'arc d'IBM change sensiblement le long du système d'arc d'IBM. La convergence des plaques déduite des vecteurs de glissement de tremblement de terre est presque décroissante dans les Mariannes les plus septentrionales, adjacentes et au sud de l'extrémité nord du creux des Mariannes, où l'arc a été « évidé » par l'ouverture du bassin de l'arrière-arc, ce qui a entraîné une tranchée qui frappe approximativement parallèlement aux vecteurs de convergence. La convergence est fortement oblique pour la plupart du système de l'Arc des Mariannes, mais est plus presque orthogonale pour les Mariannes les plus au sud et la plupart des segments Izu-Bonin. McCaffrey 1996 a noté que le taux de glissement arc-parallèle dans l'avant-arc atteint un maximum de 30 mm/an dans les Mariannes du Nord. Selon McCaffrey, cela est suffisamment rapide pour avoir produit des effets géologiquement significatifs, tels que le démantèlement de roches métamorphiques de haute qualité, et fournit une explication pour laquelle l' avant - arc dans le sud d'IBM est tectoniquement plus actif que celui dans le nord d'IBM.
Histoire géologique du système IBM Arc
L'évolution du système arc IBM est l'une des plus connues de toutes les marges convergentes. Parce qu'IBM a toujours été un système d'arc sous forte extension, ses composants englobent une vaste zone, de la crête Palau-Kyushu à la tranchée IBM (voir la première figure à droite). En général, les composants les plus anciens sont les plus à l'ouest, mais un enregistrement complet de l'évolution est conservé dans l'avant-arc. La zone de subduction d'IBM a commencé dans le cadre d'un naufrage à l'échelle hémisphérique d'une ancienne lithosphère dense dans le Pacifique occidental ( Stern & Bloomer 1992 ). Le début de la véritable subduction a localisé l'arc magmatique près de sa position actuelle, à environ 200 km de la tranchée, et a permis au manteau sous-avant-arc de se stabiliser et de se refroidir. L'arc s'est stabilisé jusqu'à environ 30 Ma, quand il a commencé à se fissurer pour former le bassin de Parece Vela . La propagation a également commencé dans la partie la plus septentrionale de l'arc IBM vers 25 Ma et s'est propagée vers le sud pour former le bassin de Shikoku. Les systèmes d'étalement des bassins de Parece Vela et de Shikoku se sont rencontrés à environ 20 Ma et le bassin combiné de Parece Vela et de Shikioku a continué de s'élargir jusqu'à environ 15 Ma, produisant finalement le plus grand bassin d'arrière-arc de la Terre . L'arc a été perturbé pendant le rifting, mais a recommencé à se former en tant que système magmatique distinct une fois que la propagation du fond marin a commencé. Le volcanisme d'arc, en particulier le volcanisme explosif, s'est affaibli pendant une grande partie de cet épisode, avec une résurgence commençant à environ 20 Ma au sud et à environ 17 Ma au nord. Tephra du nord et du sud d'IBM montrent que de fortes différences de composition observées pour l'arc moderne ont existé pendant la majeure partie de l'histoire de l'arc, le nord d'IBM étant plus épuisé et le sud d'IBM étant relativement enrichi. Vers 15 Ma, l'IBM le plus au nord a commencé à entrer en collision avec Honshū, probablement à la suite d'une nouvelle subduction le long de la fosse de Nankai. Un nouvel épisode de rifting pour former le bassin d' arrière-arc de la fosse des Mariannes a commencé quelque temps après 10 Ma, l'expansion du fond marin commençant à environ 3-4 Ma. Étant donné que la perturbation de l'arc est la première étape de la formation d'un bassin d'arrière-arc, les volcans de l'arc des Mariannes actuels ne peuvent pas avoir plus de 3 à 4 Ma, mais les volcans Izu-Bonin pourraient être aussi vieux que ~ 25 Ma. Les failles interarcs d'Izu ont commencé à se former vers 2 Ma.
Composants du système IBM Arc
Les trois segments d'IBM (figure à droite) ne correspondent pas aux variations sur la plaque entrante. Les limites sont définies par la ligne tectonique de Sofugan (~29°30'N) séparant les segments Izu et Bonin, et par l'extrémité nord du bassin d'arrière-arc de la fosse Mariana (~23°N), qui définit la limite entre le et les segments de Mariana. L'avant-arc, l'arc actif et l'arc arrière sont exprimés différemment de chaque côté de ces limites (voir la figure ci-dessous). L'avant-arc est la partie du système d'arc entre la tranchée et le front magmatique de l'arc et comprend les secteurs surélevés de l'avant-arc situés près du front magmatique, parfois appelé « arc frontal ». L'avant-arc IBM de Guam au Japon fait environ 200 km de large. Des portions surélevées de l'avant-arc, composées d'un socle igné éocène surmonté de terrasses récifales d' âge éocène et plus jeune, produisent la chaîne d'îles de Guam au nord jusqu'à Ferdinand de Medinilla dans les Mariannes. De même, les îles Bonin ou Ogasawara sont principalement composées de roches ignées éocènes. Il n'y a pas de prisme d'accrétion associé à l'avant-arc ou à la tranchée d'IBM.
L'axe magmatique de l'arc est bien défini de Honshū à Guam. Cet «arc magmatique» est souvent sous-marin, avec des volcans construits sur une plate-forme sous-marine située entre 1 et 4 km de profondeur d'eau. Les îles volcaniques sont courantes dans le segment d'Izu, notamment O-shima , Hachijojima et Miyakejima . Le segment d'Izu plus au sud contient également plusieurs caldeiras felsiques sous-marines. Le segment de l'arc d'Izu est également ponctué de failles inter-arcs. Le segment Bonin au sud de la ligne tectonique de Sofugan contient principalement des volcans sous-marins et aussi certains qui s'élèvent légèrement au-dessus du niveau de la mer, comme Nishino-shima . Le segment Bonin est caractérisé par un bassin profond, la fosse d'Ogasawara, entre l'arc magmatique et le soulèvement de l'avant-arc des îles Bonin. Les plus hautes altitudes de l'arc IBM (sans compter la péninsule d'Izu , où IBM débarque au Japon) se trouvent dans la partie sud du segment Bonin, où les îles volcaniques éteintes de Minami Iwo Jima et Kita Iwo Jima culminent à près de 1000 m au dessus du niveau de la mer. L'anticyclone bathymétrique associé à l'arc magmatique des segments d'Izu et de Bonin est souvent appelé la crête de Shichito dans les publications japonaises, et les Bonins sont souvent appelés les îles d'Ogasawara. Des volcans en éruption de laves de composition inhabituelle - la province shoshonitique - se trouvent dans la transition entre les segments d'arc Bonin et Mariana, y compris Iwo Jima . L'arc magmatique des Mariannes est sous-marin au nord d' Uracas , au sud duquel l'arc des Mariannes comprend des îles volcaniques (du nord au sud) : Asuncion , Maug , Agrigan , Pagan , Alamagan , Guguan , Sarigan et Anatahan . Les volcans Mariana redeviennent sous-marins au sud d'Anatahan.
Les régions d'arrière-arc des trois segments sont assez différentes. Le segment d'Izu est marqué par plusieurs chaînes volcaniques croisées qui s'étendent au SW du front magmatique. Le segment d'arc de Bonin, privé de magmatique, n'a pas de bassin d'arrière-arc, de rift inter-arc ou de chaînes croisées d'arc arrière. Le segment Mariana est caractérisé par un bassin d'arc arrière qui s'étend activement, connu sous le nom de fosse Mariana. Le creux des Mariannes montre des variations marquées le long de la direction, avec un fond marin s'étendant au sud de 19°15' et se creusant plus au nord.
Le système d'arc IBM au sud-ouest de Guam est nettement différent de la région au nord. La région de l'avant-arc est très étroite et l'intersection de l'axe d'étalement du bassin de l'arrière-arc avec les systèmes magmatiques de l'arc est complexe.
Comportement et composition de la plaque du Pacifique occidental
Tout ce qui se trouve sur la plaque Pacifique qui pénètre dans la tranchée d'IBM est subduit. La section suivante traite de certaines modifications de la lithosphère juste avant sa descente ainsi que de l'âge et de la composition de la croûte océanique et des sédiments sur la plaque Pacifique adjacente à la tranchée. En plus des sédiments et de la croûte subductés de la plaque Pacifique, il existe également un volume très important de matériaux provenant de l'avant-arc dominant d'IBM qui est perdu dans la zone de subduction par l'érosion tectonique ( Von Huene, Ranero & Vannucchi 2004 ).
La tranchée IBM et la tranchée extérieure gonflent
La tranchée océanique et la tranchée externe associée marquent l'endroit où la plaque Pacifique commence sa descente dans la zone de subduction d' IBM . La tranchée IBM est l'endroit où la lithosphère de la plaque du Pacifique commence à couler. La tranchée IBM est dépourvue de tout remplissage sédimentaire significatif ; l'épaisseur d'environ 400 m de sédiments est complètement subductée avec la plaque descendante. La houle de la tranchée externe IBM s'élève à environ 300 m au-dessus du fond marin environnant juste avant la tranchée. La lithosphère qui est sur le point de descendre dans une tranchée commence à se plier juste à l'extérieur de la tranchée ; le fond marin est élevé en une large houle de quelques centaines de mètres de haut et appelée « renflement de la tranchée externe » ou « élévation de la tranchée externe ». La plaque sur le point d'être subductée est fortement faillée, permettant à l'eau de mer de pénétrer à l'intérieur de la plaque, où l'hydratation de la péridotite du manteau peut générer de la serpentinite . La serpentinite ainsi générée peut transporter de l'eau profondément dans le manteau en raison de la subduction.
Géologie et composition de la plaque la plus occidentale du Pacifique
La plaque du Pacifique s'enfonce dans la tranchée d'IBM, donc comprendre ce qui est subduit sous IBM nécessite de comprendre l'histoire du Pacifique occidental. Les subducte du système d'arc IBM mi - Jurassique au début du Crétacé lithosphère , avec les jeunes lithosphère dans le nord et plus lithosphère dans le sud. Il n'est pas possible de connaître directement la composition des matériaux subductés actuellement traités par l'usine de subduction d'IBM - ce qui est maintenant à 130 km de profondeur dans la zone de subduction est entré dans la tranchée il y a 4 à 10 millions d'années. Cependant, la composition du fond océanique du Pacifique occidental - croûte océanique - sédiments, croûte et lithosphère du manteau - varie suffisamment systématiquement pour que, en première approximation, nous puissions comprendre ce qui est maintenant traité en étudiant ce qui se trouve sur le fond marin à l'est de l'IBM. tranchée.
Le fond marin de la plaque Pacifique à l'est du système d'arc IBM peut être subdivisé en une partie nord qui est bathymétriquement « lisse » et une partie sud qui est bathymétriquement accidentée, séparées par le plateau d'Ogasawara. Ces variations à grande échelle marquent des histoires géologiques distinctes au nord et au sud. Le nord sans relief est dominé par le bassin de Nadezhda. Au sud, des alignements bruts de monts sous - marins , d' atolls et d'îles définissent trois grandes chaînes orientées WNW-ESE ( Winterer et al. 1993 ) : l' île Marcus - île Wake - plateau d'Ogasawara, la chaîne des monts sous-marins Magellan et la crête des îles Caroline . Les deux premières chaînes se sont formées par le volcanisme au large des crêtes au Crétacé , tandis que la chaîne des îles Carolines s'est formée au cours des 20 derniers millions d'années. Deux bassins importants se situent entre ces chaînes : le bassin de Pigafetta se situe entre les chaînes Marcus-Wake et Magellan, et le bassin East Mariana se situe entre les chaînes Magellan et Caroline.
L'âge du fond marin du Pacifique occidental a été interprété à partir d'anomalies magnétiques du fond marin corrélées à l' échelle de temps d' inversion géomagnétique Nakanishi, Tamaki & Kobayashi 1992 et confirmées par les forages scientifiques du programme de forage océanique . Trois grands ensembles d'anomalies magnétiques ont été identifiés dans la zone d'intérêt. Chacun de ces ensembles de linéations comprend des anomalies magnétiques de la série M (du Jurassique moyen au Crétacé moyen) qui sont essentiellement des « anneaux de croissance » de la plaque Pacifique. Ces ensembles d'anomalies indiquent que la petite plaque du Pacifique à peu près triangulaire s'est développée en s'étendant le long de trois crêtes ( Bartolini & Larson 2001 ). Les linéations identifiables les plus anciennes sont M33 à M35 ( Nakanishi 1993 ) ou peut-être même M38 ( Handschumacher et al. 1988 ). Il est difficile de dire quel âge pourraient avoir ces linéations et la croûte plus ancienne ; les linéations magnétiques les plus anciennes pour lesquelles des âges ont été attribués sont M29 (157 Ma; ( Channell et al. 1995 ). Les linéations magnétiques aussi anciennes que M29 ne sont pas connues dans d'autres océans, et la zone du Pacifique occidental qui se trouve à l'intérieur de la linéation M29 - c'est-à-dire une croûte plus ancienne que M29 - est de l'ordre de 3x106 km 2 , environ un tiers de la taille des États-Unis. Le site ODP 801 se trouve sur un fond marin considérablement plus ancien que M29 et le sous-sol MORB y donne des âges Ar-Ar de 167±5 Ma ( Pringle 1992 ) Les sédiments les plus anciens du site 801C sont du Jurassique moyen, du Callovien ou du Bathonien le plus récent (~162 Ma ; Gradstein, Ogg & Smith 2005 ).
L'expansion des fonds marins dans le Pacifique au cours du Crétacé a évolué d'une orientation plus EW « Téthyenne » à la tendance NS moderne. Cela s'est produit pendant le temps du Crétacé moyen, un intervalle d'environ 35 à 40 Ma caractérisé par un manque d' inversions magnétiques connu sous le nom de Superchron du Crétacé ou Zone tranquille. Par la suite, l'emplacement des crêtes d'étalement de tendance NS par rapport au bassin du Pacifique a migré progressivement vers l'est tout au long du Crétacé et du Tertiaire, entraînant l'asymétrie marquée actuelle du Pacifique, avec un fond marin très jeune dans le Pacifique oriental et un fond marin très ancien dans le Pacifique occidental. Pacifique.
Les sédiments livrés à la tranchée IBM ne sont pas épais étant donné qu'il s'agit de l'un des plus anciens fonds marins de la Terre. Loin des monts sous-marins, la séquence pélagique est dominée par le chert et l' argile pélagique , avec peu de carbonate. Les carbonates sont importants près des guyots, communs dans la partie sud de la région. Les sédiments cénozoïques sont sans importance, à l'exception des cendres volcaniques et du loess asiatique déposés à côté du Japon et des sédiments carbonatés associés à la crête Caroline relativement peu profonde et à la plaque Caroline . Les forts courants du fond marin sont probablement responsables de cette érosion ou de ce non-dépôt.
Les compositions des sédiments subductés sous les parties nord et sud de l'arc IBM sont significativement différentes, en raison de la succession volcanique hors crête du Crétacé au sud qui manque au nord. Les laves et les volcanoclastites associées à un épisode intense de volcanisme intraplaque correspondent dans le temps étroitement au Superchron du Crétacé. Le volcanisme hors crête est devenu de plus en plus important à l'approche du plateau Ontong-Java . Il y a 100-400 m d' épaisseur tholéiitiques appuis dans le bassin des Mariannes Est et Pigafetta bassin ( Abrams et al. , 1993 ), et au moins 650 m des flux tholéiitiques et les appuis dans le bassin de Nauru, près du site ODP 462. Castillo, Pringle et Carlson 1994 suggèrent que cette province peut refléter la formation d'un système d'étalement du Crétacé moyen dans les bassins de Nauru et des Mariannes orientales. Plus au nord, les dépôts liés à cet épisode sont constitués d'épaisses séquences de turbidites volcanoclastiques Aptien – Albien dégagées d'îles volcaniques émergentes, telles que conservées au site DSDP 585 et aux sites ODP 800 et 801. Quelques centaines de mètres de dépôts volcanoclastiques caractérisent probablement la succession sédimentaire. dans et autour des bassins East Mariana et Pigafetta. Plus au nord, sur les sites DSDP 196 et 307 et sur le site ODP 1149, il y a peu de preuves d'activité volcanique du milieu du Crétacé. Il semble que l'épisode volcanique Aptien-Albien ait été largement limité à la région au sud de la latitude actuelle de 20°N. Les considérations paléomagnétiques et cinématiques des plaques placent cette vaste région de volcanisme hors dorsale dans le voisinage actuel de la Polynésie , où aujourd'hui le volcanisme hors dorsale, la bathymétrie peu profonde et la mince lithosphère sont connus sous le nom de « Superswell » ( Menard 1984 ; McNutt et al. 1990 ).
La figure ci-dessus montre les sédiments typiques forés sur le site 1149 du programme de forage océanique , à l'est du segment Izu-Bonin. Les sédiments forés sur le site ODP 1149 ont une épaisseur d'environ 400 m et remontent à 134 millions d'années. La section sédimentaire est une stratigraphie pélagique typique , accumulée principalement au Crétacé mais aussi au cours des 7 derniers millions d'années ( néogène supérieur ) construite sur un socle de croûte océanique du Crétacé inférieur. La partie la plus basse est en carbonate et chert, la couche suivante est très riche en chert, la troisième couche est riche en argile. Ceci est suivi d'un long hiatus de dépôt avant que la sédimentation ne reprenne ~ 6,5 Ma ( Miocène supérieur ), avec dépôt de cendres volcaniques, d'argile et de poussières emportées par le vent. La stratigraphie à l'est du segment Mariana diffère de celle subductée sous le segment Izu–Bonin en ce qu'elle présente une abondance beaucoup plus importante de roches volcaniques intraplaques et de basaltes d'inondation du Crétacé inférieur. Environ 470 m de croûte océanique ont été pénétrés au site ODP 801C au cours des étapes 129 et 185. Ce sont des basaltes typiques de la dorsale médio-océanique qui ont été affectés par une altération hydrothermale à basse température . Cette croûte est recouverte d'un dépôt hydrothermal jaune vif de 3 m d'épaisseur et d'environ 60 m de basalte alcalin à olivine , vieux de 157,4 ± 0,5 Ma ( Pringle 1992 ).
Géophysique de la dalle et du manteau subductés
La structure profonde du système IBM a été imagée à l'aide de diverses techniques géophysiques . Cette section donne un aperçu de ces données, y compris une discussion sur la structure du manteau à des profondeurs > 200 km.
Sismicité
Les modèles spatiaux de la sismicité sont essentiels pour localiser et comprendre la morphologie et la rhéologie des dalles lithosphériques en subduction , et cela est particulièrement vrai pour la zone IBM Wadati-Benioff (WBZ). Katsumata & Sykes 1969 a d' abord décrit les caractéristiques les plus importantes de l'IBM WBZ. Leur étude a détecté une zone de tremblements de terre profonds sous les Mariannes méridionales et a fourni certaines des premières contraintes sur la nature profonde et verticale de la subduction de la lithosphère du Pacifique sous le sud d'IBM. Ils ont également trouvé une région de sismicité peu profonde réduite (≤70 km) et une absence d'événements profonds (≥ 300 km) sous les îles Volcano adjacentes à la jonction des tranchées Izu Bonin et Mariana, où la tranchée s'oriente presque parallèlement à la convergence. vecteur.
Plus récemment, Engdahl, van der Hilst & Buland 1998 ont fourni un catalogue des tremblements de terre contenant des emplacements améliorés (Figure 10). Cet ensemble de données montre que, sous le nord d'IBM, le pendage de la WBZ s'accentue progressivement de ~40° à ~80° vers le sud, et la sismicité diminue entre des profondeurs de ~150 km et ~300 km (Figures 11a c). La dalle subductée sous IBM centrale (près de 25°N ; Fig. 11c) est délimitée par une activité sismique réduite qui définit néanmoins une orientation plus verticale qui persiste vers le sud (Figures 11d f). Les séismes profonds, définis ici comme des événements sismiques d'une profondeur d'au moins 300 km, sont courants sous certaines parties du système d'arc IBM (Figures 10, 11). Les événements profonds dans le système IBM sont moins fréquents que pour la plupart des autres zones de subduction avec une sismicité profonde, telles que Tonga/Fiji/Kermadec et l'Amérique du Sud. Sous le nord d'IBM, la sismicité profonde s'étend vers le sud jusqu'à ~27,5°N, et une petite poche d'événements entre 275 km et 325 km de profondeur existe à ~22°N. Il existe une bande étroite de tremblements de terre profonds sous le sud d'IBM entre ~21°N et ~17°N, mais au sud de celle-ci, il y a extrêmement peu d'événements profonds. Bien que les premières études supposaient que la sismicité délimitait la limite supérieure de la dalle, des preuves plus récentes ont montré que bon nombre de ces séismes se produisent à l'intérieur de la dalle. Par exemple, une étude de Nakamura et al. 1998 a montré qu'une région d'événements sous la région la plus au nord d'IBM se produit à environ 20 km sous le sommet de la plaque de subduction. Ils proposent que la formation de failles transformationnelles, qui se produit lorsque l'olivine métastable se transforme en une structure spinelle plus compacte, produit cette zone de sismicité. En effet, le mécanisme de faille pour les tremblements de terre profonds est un sujet très débattu (par exemple, Green & Houston 1995 ), et n'a pas encore été résolu. Des zones sismiques doubles (DSZ) ont été détectées dans plusieurs parties de la zone de subduction IBM, mais leurs emplacements dans la dalle ainsi que les interprétations de leur existence varient considérablement. Sous le sud d'IBM, Samowitz & Forsyth 1981 ont trouvé une DSZ située à 80 km et 120 km de profondeur, les deux zones étant séparées de 30 à 35 km. Les mécanismes focaux des séismes indiquent que la zone supérieure, où se produisent la plupart des événements, est en compression descendante, tandis que la zone inférieure est en extension descendante. Cette DSZ est située à une profondeur où la courbure de la dalle est la plus grande ; à de plus grandes profondeurs, il se déplie en une donfiguration plus plane. Samowitz & Forsyth 1981 ont suggéré que les contraintes de non-flexion ou thermiques dans les 150 km supérieurs de la dalle pourraient être la cause principale de la sismicité. Pour le nord d'IBM, Iidaka & Furukawa 1994 ont utilisé un schéma de relocalisation sismique raffiné pour détecter une DSZ entre des profondeurs de 300 km et 400 km, qui a également un espacement de 30 à 35 km entre les zones supérieure et inférieure. Ils ont interprété les données des phases converties S à P et la modélisation thermique pour proposer que la DSZ résulte de la formation de failles transformationnelles d'un coin d'olivine métastable dans la dalle. Des travaux récents suggèrent que les variations de composition dans la dalle de subduction peuvent également contribuer à la double zone sismique ( Abers 1996 ), ou que les DSZ représentent le lieu de déshydratation de la serpentine dans la dalle ( Peacock 2001 ).
Volcanisme et activité hydrothermale de Mariana Arc
Bathymétrie de la région de l'arc des Mariannes ( Baker et al. 2008 ), montrant les 51 édifices actuellement nommés le long du front volcanique entre 12°30'N et 23°10'N. Les édifices sous-marins hydrothermalement ou volcaniquement actifs sont étiquetés en rouge ; les édifices subaériens actifs sont étiquetés en vert. Les édifices sous-marins et sous-aériens inactifs sont respectivement étiquetés en caractères noirs et verts plus petits. Pour tous les édifices, les étiquettes des caldeiras sont en italique gras. Les cercles noirs (20 km de diamètre) identifient ces centres volcaniques composés de multiples édifices individuels. La ligne rouge continue est le centre de propagation de l'arc arrière.
Volcanisme d'arc
Boulanger et al. 2008 a identifié 76 édifices volcaniques le long de 1370 km de l'arc des Mariannes, regroupés en 60 centres volcaniques , dont au moins 26 (20 sous-marins) sont hydrothermalement ou volcaniquement actifs. La densité globale des centres volcaniques est de 4,4/100 km d'arc et celle des centres actifs est de 1,9/100 km. Les volcans actifs se situent entre 80 et 230 km au-dessus de la plaque du Pacifique en subduction, et environ 25 % se situent derrière le front magmatique de l'arc. Il n'y a aucune preuve d'un espacement régulier des volcans le long de l'arc des Mariannes. La distribution de fréquence de l'espacement des volcans le long du front magmatique de l'arc culmine entre 20 et 30 km et montre la forme asymétrique à longue queue typique de nombreux autres arcs. La première compilation mondiale de volcans d'arc utilisant des données bathymétriques récentes a estimé que les arcs qui sont au moins partiellement sous-marins ont une population de près de 700 volcans, dont au moins 200 sont submergés ( de Ronde et al. 2003 ).
Activité hydrothermale de l'Arc
Boulanger et al. 2008 a estimé que les arcs intraocéaniques combinés peuvent contribuer à des émissions hydrothermales égales à environ 10 % de celles du système mondial de dorsale médio-océanique.
Importance historique du système d'arc IBM
Guam, dans le système d'arc sud d'IBM, est l'endroit où Magellan a débarqué pour la première fois après sa traversée épique de l'océan Pacifique en 1521. Les îles Bonin étaient une étape importante pour l'eau et l'approvisionnement de la chasse à la baleine en Nouvelle-Angleterre au début du XIXe siècle. À cette époque, on les appelait les îles Peel.
De terribles batailles ont eu lieu sur les îles de Saipan et Iwo Jima en 1944 et 1945 ; de nombreux jeunes soldats japonais et américains sont morts dans ces batailles. George HW Bush a été abattu en 1945 près de Chichijima dans les îles Bonin. Douze marins japonais ont été bloqués en juin 1944 sur le volcan Anatahan pendant sept ans, ainsi que le surveillant de la plantation abandonnée et une jolie jeune femme japonaise. Le roman et le film de 1953 Anatahan sont basés sur ces événements. Le bombardier B-29 Enola Gay a volé de Tinian pour larguer la première bombe atomique sur Hiroshima en 1945. Le sergent Shoichi Yokoi s'est caché dans la nature sauvage de Guam pendant 28 ans avant de sortir de sa cachette en 1972. Le serpent brun arboricole a été accidentellement introduit pendant Seconde Guerre mondiale et a depuis dévasté les oiseaux indigènes de Guam.
Voir également
Les références
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Liens externes
- [1] - Enquêtes de la NOAA Ring of Fire 2006 dans l'arc Mariana - y compris des vidéos
- [2] - Enquêtes de la NOAA Ring of Fire 2004 dans l'arc Mariana - y compris des vidéos
- [3] - Enquêtes de la NOAA Ring of Fire 2003 dans l'arc Mariana - y compris des vidéos
- [4] – informations sur une réunion géoscientifique de 2007 concernant l'arc IBM, y compris des présentations et des affiches téléchargeables.