C’est une histoire de géologie médico—légale – d’essayer de comprendre l’histoire ancienne de la croûte sous le Bangladesh et le golfe du Bengale, une région tectoniquement complexe qui a confondu les scientifiques pendant des décennies, et comment elle est connectée à une zone située à des milliers de kilomètres au sud. Comme pour beaucoup de bonnes histoires policières, celle-ci implique des interprétations contradictoires de preuves incomplètes, des indices fortuits qui ont révélé de nouvelles idées et, finalement, nous suggérons, une résolution convaincante qui éclaire également d’autres mystères.
L’Inde et l’Antarctique se séparent
L’histoire commence lorsque l’Inde et l’Antarctique — qui faisaient autrefois partie du supercontinent Gondwana — se séparent l’une de l’autre au Crétacé inférieur, il y a environ 130 millions d’années. Cette scission s’est produite le long d’un rift, ou centre de propagation, dans la croûte entre ce qui est maintenant l’Inde orientale et une partie de l’Antarctique oriental. Au fur et à mesure que les masses terrestres se séparaient, l’Inde s’éloignant vers le nord à environ 3 centimètres par an, la lave a éclaté et s’est refroidie des deux côtés du rift, donnant naissance au bassin d’Enderby (au large des côtes de la Terre de la Reine-Maud, en Antarctique) d’un côté et à la baie du Bengale de l’autre. Au début, la croûte de chaque côté du rift sous les bassins océaniques nouvellement formés reflétait essentiellement celle de l’autre côté.
La zone du Gondwana comprenant ce qui allait devenir le sous-continent indien et son bassin océanique adjacent est devenue la plaque indienne. Cette région a été divisée par le centre de propagation de la zone comprenant l’Antarctique et son bassin océanique adjacent, qui est devenu la plaque antarctique.
Une déconnexion déroutante
À mesure que la lave se solidifie dans une nouvelle croûte océanique, certains types de minéraux préservent les signatures du champ magnétique terrestre. Ces signatures peuvent être enregistrées par des magnétomètres remorqués par bateau, puis utilisées pour déterminer l’âge des différentes parties de la croûte. Les scientifiques font cette détermination en déduisant le modèle de magnétisme observé dans les roches crustales et en le liant au modèle connu d’inversions périodiques du champ magnétique terrestre.
Comme l’étalement du fond marin et la formation d’une nouvelle croûte sont symétriques de part et d’autre d’un centre d’étalement, les motifs magnétiques de chaque côté sont également symétriques et forment des images en miroir les uns des autres. Ainsi, on s’attendait à ce que le motif magnétique dans le golfe du Bengale observé aujourd’hui reflète le motif dans le bassin d’Enderby, à environ 8 000 kilomètres (Figure 1).
Des scientifiques de l’Institut national d’Océanographie (NIO) à Goa, en Inde, ont utilisé la méthode de mesure magnétique pour obtenir les âges de la croûte sous-jacente au golfe du Bengale. En 1992, ils ont lancé un vaste programme, tractant un magnétomètre derrière le navire de recherche NIO Sagar Kanya (« Ocean Daughter”) le long de six pistes totalisant quelque 8 200 kilomètres (Figure 2).
À partir de cet effort, Ramana et al. a rapporté que la croûte la plus ancienne sous la baie avait environ 130 millions d’années (en accord avec le début de la scission entre l’Inde et l’Antarctique), alors que la croûte la plus jeune avait environ 120 millions d’années. Ces chercheurs ont également observé que l’ouverture et la formation d’une nouvelle croûte se déroulaient en continu sans interruption.
Une validation de Ramana et al.les résultats pourraient être obtenus en trouvant des variations magnétiques d’image miroir dans le bassin d’Enderby. Cependant, lorsque Gaina et al. les mesures magnétiques publiées dans le bassin d’Enderby ne se sont pas révélées être une image miroir des résultats du golfe du Bengale, et elles n’ont pas non plus montré une propagation ininterrompue. Les résultats de l’équipe de Gaina étaient basés sur des lectures magnétiques recueillies sur trois voies de navires relativement courtes (totalisant environ 1 100 kilomètres) au sud du banc d’Elan, un saillant occidental du plateau des Kerguelen (Figure 2). Ces résultats ont montré ce qui semblait être un centre d’épandage non pas à la limite du bassin d’Enderby, mais à l’intérieur de celui-ci. Ce modèle était très différent de celui du golfe du Bengale et n’aurait pu être créé que par un déplacement rapide, ou un saut, du centre de propagation.
Concilier des Mesures magnétiques discordantes
La différence dans l’interprétation des motifs magnétiques dans les deux bassins était déroutante. Lequel était correct ? L’interprétation des motifs magnétiques implique généralement de faire des hypothèses. Pour dériver une interprétation de l’âge de l’ensemble de la croûte du golfe du Bengale, Ramana et al. avait supposé des taux d’étalement, la partie la plus appropriée de l’échelle de temps d’inversion magnétique à appliquer et la présence de zones de fracture (qui déplacent le motif magnétique). Mais des hypothèses incorrectes peuvent annuler des interprétations entières.
Gaina et coll. , d’autre part, en s’attaquant seulement à une partie du bassin d’Enderby, n’a pas fait de telles hypothèses. Le fait qu’ils aient vu une symétrie exacte dans le motif magnétique autour d’une faille suffisait à justifier la présence d’un saut dans le centre d’étalement et à confirmer leur interprétation du motif magnétique.
Les hypothèses formulées par Ramana et al. n’a pas résisté à un examen plus approfondi. Ils avaient invoqué des taux d’étalement qui semblaient beaucoup trop élevés. Ils avaient supposé la présence de zones de fracture qui, il s’est avéré, n’existaient pas. Et ils avaient ignoré la présence de la crête 85 ° E, une caractéristique importante de la baie du Bengale. Pour ces raisons, leur interprétation du motif magnétique et des âges crustaux dans le golfe du Bengale a dû être rejetée.
Cependant, il nous restait la conclusion inconfortable que les motifs magnétiques dans les deux bassins étaient différents.
Le cours d’événements le plus plausible que nous ayons trouvé pour expliquer ce mystère géologique se déroule comme suit. Pendant environ 10 millions d’années après l’ouverture du rift entre l’Inde et l’Antarctique, la croûte de chaque côté — dans le golfe du Bengale et dans le bassin d’Enderby — s’est en effet formée symétriquement comme prévu, comme l’indiquent les linéations magnétiques sur l’image de gauche de la figure 3.
Mais dans une tournure inattendue, la partie orientale du centre d’épandage d’origine semble avoir sauté vers le nord par rapport à la partie occidentale du centre d’épandage. Cette faille nouvellement déplacée devait être plus éloignée de l’Antarctique et plus proche de l’Inde. Au fur et à mesure que les plaques indienne et antarctique continuaient à s’écarter, la propagation le long de la partie est préjump du rift d’origine s’est arrêtée. Ce changement a laissé derrière lui un motif magnétique symétrique relique au sud de la rive d’Elan (comme le montre l’image à droite de la figure 3), ce que Gaina et ses collègues ont détecté.
Cette séquence d’événements explique les différents résultats magnétiques du golfe du Bengale et du bassin d’Enderby, mais deux grandes questions demeurent: Où s’est retrouvée la partie orientale du centre d’épandage et pourquoi le saut s’est-il produit?
De gros indices dans des données vieilles de plusieurs décennies
Un indice qui pourrait aider à résoudre ces questions provenait d’une source inattendue — le géant de l’énergie Unocal. Dans les années 1960, Unocal possédait des enregistrements de sismique réflexion collectés par l’entrepreneur géophysique allemand Prakla. Ces enregistrements montraient des caractéristiques appelées réflecteurs de trempage au large (DTS), qui représentent des interfaces entre des couches intercalées de matériaux volcaniques et sédimentaires et sont caractéristiques des marges continentales passives volcaniques. (Ils sont observés, par exemple, au large de la côte est des États-Unis.) Mais pourquoi les DTS se produiraient-ils sur terre sous le Bangladesh plutôt que près d’une frontière continent-océan?
Une réponse à cette question est apparue lorsque Bert Bally, un collègue de l’Université Rice, a souligné un article de Lohmann sur la tectonique du Bangladesh. L’article, publié dans le Bulletin de l’Association Suisse des Géologues et Ingénieurs Pétroliers, avait échappé à notre avis mais nous donnait maintenant un indice majeur sur l’endroit où la partie orientale du centre d’épandage s’était retrouvée après le saut. Nous avons examiné des pièges volcaniques non associés auparavant.
Un fragment de l’un des enregistrements SDR non locaux et des illustrations partielles de deux des lignes de réflexion avec des DTS sont illustrées à la figure 4, et les parties des lignes de réflexion où des DTS se sont produits sont indiquées à la figure 5. La figure 5 montre également l’emplacement des pièges Rajmahal et Sylhet, de grandes provinces de roches volcaniques qui se sont formées lorsque des laves ont envahi la surface de la Terre. Les roches constituant les deux pièges ont des propriétés chimiques identiques et le même âge de 117,5 millions d’années. Pourtant, sans explication géologique convaincante pour relier les deux provinces, qui sont séparées par des centaines de kilomètres, la plupart des enquêteurs avaient cru que les pièges Rajmahal et Sylhet provenaient d’éruptions distinctes. Mais les positions des DTS par rapport aux pièges nous suggéraient la possibilité d’une interprétation différente: que les pièges se trouvaient le long d’une ligne continue d’activité volcanique passée représentant l’emplacement inconnu vers lequel l’extrémité orientale du centre d’épandage d’origine avait sauté.
La corroboration de cette idée provient d’une autre mesure géophysique. Aux marges volcaniques passives, les DTS sont associés à des roches contenant de grandes quantités de minéraux magnétiques, ce qui donne lieu à de grandes anomalies magnétiques. Les cartes de mesure magnétique du Bangladesh ont montré qu’une telle anomalie se trouve en effet entre les pièges Rajmahal et Sylhet. (Une frontière internationale est responsable de la discontinuité apparente à chaque extrémité de l’anomalie magnétique vue sur la figure 5, bien que Mita Rajaram de l’Institut indien de Géomagnétisme nous ait assuré que l’anomalie se poursuit jusqu’aux pièges de chaque côté.) Ainsi, la continuité de l’anomalie magnétique a soutenu notre découverte de la ligne d’ouverture relocalisée reliant les deux pièges (et s’étendant probablement vers l’est), que nous avons signalée en 2016.
Pourquoi le saut?
Nous avions maintenant une compréhension plus approfondie de la croûte sous la baie du Bengale. Après la formation du nouveau rift il y a environ 120 millions d’années, la plaque indienne a continué à marcher vers le nord tandis qu’un nouvel océan s’ouvrait au sud du centre de propagation. Environ 65 millions d’années plus tard, la plaque indienne est entrée en collision avec l’Eurasie, élevant une nouvelle chaîne de montagnes, l’Himalaya. Au fur et à mesure que les montagnes s’élevaient, elles déversaient d’énormes quantités de sédiments érodés qui étaient transportés par deux rivières géantes, le Gange et le Brahmapoutre, vers l’océan nouvellement formé. Peu à peu, ces sédiments se sont remplis d’une partie de l’océan — aujourd’hui, cette zone comblée est connue sous le nom de bassin du Bengale, qui comprend le Bangladesh et une partie de l’État indien oriental du Bengale. Le Bangladesh repose donc sur un lit de croûte océanique et non de croûte continentale comme on le supposait autrefois. Au sud du bassin du Bengale se trouve l’actuelle baie du Bengale, qui contient l’une des accumulations de sédiments les plus épaisses au monde et est encore en train de se remplir.
Le mystère avait encore une question persistante: Pourquoi le saut s’est-il produit? L’explication la plus probable invoque un rôle pour la roche s’élevant des profondeurs du manteau. L’Inde, après sa séparation du Crétacé inférieur de l’Antarctique et pendant sa marche vers le nord, est passée au-dessus du panache des Kerguelen. Les panaches contiennent de la roche chaude qui s’élève de la limite noyau-manteau à la croûte. Ce matériau flottant éclate parfois sous forme de lave à la surface. Plusieurs pétrologues ont soutenu que le matériau constituant les pièges Rajmahal et Sylhet ne provenait pas directement du panache des Kerguelen, mais plutôt que la chaleur véhiculée par le panache était responsable de l’ouverture d’une faille qui alimentait ensuite le magma dans les pièges. Nous suggérons que cette nouvelle faille représente le saut de la partie orientale de la faille d’origine.
En même temps que le saut, de la lave s’est déposée sur une partie de la plaque indienne (représentée en jaune sur la figure 3) qui s’en est ensuite détachée. Cette zone détachée comprend le plateau des Kerguelen et le banc de l’Elan, qui font maintenant partie du bassin d’Enderby (Figure 2). Après le saut et l’initiation du nouveau centre d’épandage, le rifting le long de la partie orientale du centre d’épandage d’origine (maintenant dans le bassin oriental d’Enderby) a cessé. C’est ce centre de propagation éteint que l’équipe de Gaina a découvert. La partie ouest du centre d’épandage d’origine, quant à elle, n’a pas sauté. Ainsi, le centre d’étalement d’origine a été divisé en deux segments reliés par une zone de fracture (faille de transformation), comme le montre la figure 3. La crête de 85°E de la figure 2 et la bande d’anomalie négative de la figure 5 représentent cette zone de fracture.
Une deuxième ligne de preuve
Les mesures magnétiques ne sont pas la seule méthode utilisée pour déterminer la nature de la croûte. La réfraction sismique, dans laquelle la vitesse des ondes sismiques se déplaçant à travers la croûte est mesurée et liée à la composition des roches crustales, est également une méthode viable. Cette méthode peut également être utilisée pour déterminer l’épaisseur de la croûte.
Une excellente expérience de réfraction a été réalisée par Sibuet et al. , qui a recueilli des données de réfraction sismique le long de trois pistes au large du Bangladesh (Figure 6, à gauche). Les résultats de ces expériences sont souvent présentés dans des graphiques dans lesquels la vitesse des ondes sismiques dans la croûte est représentée par rapport à la profondeur. Un exemple de ce type de parcelle est illustré à la figure 6 (à droite), qui comprend les résultats de l’une des stations sismiques utilisées dans Sibuet et al.recherche. La figure 6 montre également les données de vitesse-profondeur déterminées dans des recherches antérieures pour les ondes sismiques se déplaçant à travers différentes zones de la croûte océanique ou continentale.
La croûte océanique est généralement plus fine que la croûte continentale, mais elle est également plus dense, de sorte que les vitesses sismiques sont plus élevées. Sibuet et ses collègues ont conclu que, comme leurs résultats indiquaient une croûte épaisse où ils avaient collecté des données au large du Bangladesh, la croûte devait être d’origine continentale, même si la vitesse sismique était beaucoup plus élevée que prévu pour la croûte continentale.
Mais Eldholm et Grue avaient montré avec des données provenant d’autres marges volcaniques passives que la croûte océanique nouvellement formée pourrait être beaucoup plus épaisse que la normale. En fait, la courbe vitesse-profondeur moyenne qu’ils ont déterminée pour la nouvelle croûte océanique le long des marges volcaniques coïncidait complètement avec Sibuet et al.courbe de ‘ (Figure 6). Ainsi, les données que Sibuet et al. pris pour indiquer la croûte continentale au large du Bangladesh, cela soutient fortement l’idée que la croûte sous le bassin du Bengale est océanique. (Il est cependant important de noter que Sibuet et coll. je ne suis pas d’accord avec notre interprétation. Ils suggèrent plutôt que leurs courbes vitesse-profondeur diffèrent des courbes vitesse-profondeur aux marges volcaniques passives, et ils attribuent des vitesses sismiques crustales plus élevées aux sills volcaniques s’introduisant dans la croûte continentale.)
Un conte tectonique a révélé
En examinant au total les preuves accumulées, la série probable d’événements qui ont conduit à la formation de la croûte sous le golfe du Bengale est la suivante:
1. Après la scission entre l’Inde et l’Antarctique au Crétacé inférieur, le golfe du Bengale et le bassin d’Enderby ont évolué symétriquement.
2. Il y a environ 120 millions d’années, un saut vers le nord dans la partie orientale du centre de propagation a conduit à la création d’un nouvel océan. Ce nouvel océan s’est ouvert au sud du centre d’épandage déplacé, qui s’étendait le long d’une ligne définie par les pièges Rajmahal et Sylhet, et la nouvelle croûte océanique est ce qui sous-tend le bassin du Bengale, y compris le Bangladesh, ainsi que le bassin oriental de la baie du Bengale.
3. Le saut dans le centre de propagation a arraché le plateau ancestral des Kerguelen de la plaque indienne et l’a déplacé vers la plaque antarctique. Ce plateau a par la suite été le site d’importants dépôts de lave, mais il a conservé sa base de croûte continentale indienne.
4. Le saut a également créé une faille de transformation qui a connecté les deux segments de la faille. Cette faille transformante est délimitée par une anomalie de gravité négative sur terre dans l’est de l’Inde moderne et en mer à la crête de 85°E.
Cette séquence élaborée a permis de répondre à de nombreuses questions qui ont laissé perplexe les scientifiques qui enquêtaient sur ce domaine. Cependant, comme pour beaucoup de bonnes histoires policières, il y a des détails non résolus — l’anomalie de gravité négative observée dans la zone de fracture à 85 ° E n’a pas encore été expliquée avec succès, par exemple. Peut-être que les recherches futures continueront à révéler de nouvelles connaissances sur la géologie fascinante et complexe de cette région.