Dovezi ale unui panou de manta sub masivul central al Franței prin sondare seismică - spectru
Dovezi ale unui panou de manta sub masivul central al Franței prin sondare seismică
Masivul francez central aparține unei mari centuri vulcanice europene care se extinde la nord de arcul alpin din Franța prin Germania (Eifel) până în Polonia și Republica Cehă (Egergraben). Se caracterizează prin magme relativ primitive, adică greu modificate în timpul ascensiunii, care sunt bogate în metale alcaline și sărace în silice; sunt foarte asemănătoare cu bazaltul oceanic care apare pe insulele vulcanice precum Hawaii sau Islanda. Originea acestor topituri alcaline nu a fost cunoscută anterior.
În contrast, epoca vulcanismului din Massif Central este foarte bine determinată prin datarea izotopului radioactiv potasiu-40 și a produsului său de degradare argon-40, precum și cu metoda radiocarbonului. În consecință, activitatea principală a fost în terțiar (65 până la 2 milioane de ani înainte de prezent). A culminat cu formarea a doi stratovulcani: Cantal în urmă cu 11 - 2,5 milioane de ani și Mont Dore în urmă cu 4 - 0,3 milioane de ani. Cele mai recente erupții din zona Chaine des Puys au fost acum doar aproximativ 4000 de ani.
În nord, Massif Central se termină cu sistemul de ruptură Limagne-Forez, care la rândul său datează de la Oligo și Miocen (cu 38 până la 7 milioane de ani în urmă). Și aici a existat vulcanism local izolat.
Într-un mare experiment de câmp seismic, am explorat subteranul masivului central din toamna 1991 până în primăvara anului 1992 pentru a afla mai multe despre originea vulcanismului. Pentru experiment, am instalat 80 de înregistratoare seismice digitale mobile, pe lângă cele 20 de stații ale rețelei seismice permanente din Auvergne. Acestea au fost distribuite în așa fel încât să acopere cele mai importante centre vulcanice din Masivul Central și Riftul Limagne cât mai uniform posibil (Fig. 1). În medie, erau atât de dense încât structurile cu o lungime a marginii de aproximativ 15 kilometri puteau fi rezolvate în centrul rețelei. Pe de altă parte, extinderea totală a rețelei de 425 de kilometri în est-vest și 300 de kilometri în direcția nord-sud a făcut posibilă obținerea unei imagini a subsolului la o adâncime de 270 de kilometri.
S-au măsurat timpii de tranzit ai undelor de presiune seismică longitudinală - numite pe scurt unde P - pe drumul de la locul lor de origine, adică hipocentrul cutremurului în cauză, către diferitele stații de măsurare. Din diferențele dintre valorile observate și cele teoretice, metoda inversării matematice poate fi utilizată pentru a calcula variația vitezelor seismice în corpul de rocă investigat.
Figura 2 prezintă tomograma obținută în acest mod ca o diagramă bloc tridimensională în care a fost decupat colțul sud-estic. Cea mai vizibilă structură este o zonă cu viteză redusă a undei P (prezentată în roșu) care se întinde de la fundul blocului la suprafață și are o lățime de aproximativ 200 de kilometri la bază. Valorile din centrul acestei anomalii sunt cu 2 până la 2,5 la sută mai mici decât în zona înconjurătoare.
Tomograma arată o relație spațială directă între zonele cu viteze reduse ale undei P și vulcanii Cantal și Mont Dore de la suprafață. În contrast, spre deosebire, de exemplu, de Valea Riftului din Africa de Est, nu pot fi asociate structuri deosebit de pronunțate cu capătul sudic al Riftului Limagne. Zona de viteză mică este delimitată în mod clar spre poalele de est ale masivului central.
Cum pot fi interpretate aceste rezultate geodinamic? La un procent bun de 2%, reducerea vitezei undei P este prea mică pentru a fi cauzată de proporții mari de material topit în subsol. În aceste condiții, cel mai bine se poate explica printr-o creștere a temperaturii de 150 până la 200 de grade Celsius în comparație cu mantaua din jur; deoarece cu cât o masă de roci este mai caldă, cu atât se propagă în ea valurile de cutremur mai lente. Dacă se consideră, de asemenea, că vulcanismul din ultimele două milioane de ani a fost limitat la câteva zone delimitate îngust în zona masivului central, se poate interpreta anomaliile de viteză ca o urmă reziduală a unui semnal termic care se degradează treptat; activitatea magmatică legată de aceasta a avut apogeul de la Miocen la Pliocen (acum 25 până la 2 milioane de ani).
Pe baza diferitelor studii geofizice și petrologice mai vechi, în special Francis Lucazeau și Roger Bayer de la Centrul pentru Geologie și Geofizică din Montpellier au postulat încă din 1982 că astenosfera (stratul de mantă vâscoasă sub litosfera rigidă, care formează învelișul exterior al pământului) sub masivul central bombat în sus. Rezultatele noastre tomografice confirmă această ipoteză a unui diapir astenosferic. În același timp, acestea specifică întinderea spațială, forma și amplitudinea anomaliei până la adâncimi mai mari.
Descoperirile geochimice pe care unul dintre noi (Marjorie Wilson) le-a obținut recent împreună cu Hilary Downes de la Birkbeck College din Londra folosind eșantioane din diferite regiuni vulcanice din vestul și centrul Europei se potrivesc și în această imagine; Au fost examinate conținutul de urme și elemente principale, precum și raportul diferiților izotopi de stronțiu, neodim și plumb.
Rocile au fost solidificate în mod constant din magme slab diferențiate, adică aproape neschimbate. Semnătura sa geochimică a indicat faptul că sursa a fost un amestec de material manto litosferic și astenosferic, cu componenta litosferică, cu câteva excepții, având doar o mică proporție.
Este deosebit de remarcabil faptul că, deși această componentă variază în compoziția sa în funcție de blocul subsol din care provine, partea astenosferică este întotdeauna aproape identică, indiferent de locația geografică. Acest lucru sugerează o origine comună.
Din toate acestea, concluzionăm că există un așa-numit pană sub Massif Central, un flux de material de rocă în formă de ciupercă din regiuni mai adânci ale mantalei, similar cu cel care, de exemplu, a creat lanțul insulei hawaiiene în timp ce placa Pacificului a plutit peste el. Cu toate acestea, este cu siguranță mult mai mic decât cel hawaian și nu mai este activ: vulcanismul care emană din acesta a scăzut semnificativ de la Miocen-Pliocen și acum a dispărut practic.
În schimb, descoperirile geochimice par să indice că nu este un fenomen izolat. Mai degrabă, diapirul astenosferic de sub Massif Central este probabil să aparțină unui sistem extins de mici pene de manta care au provocat vulcanismul terțiar-cuaternar răspândit în Europa. Alte astfel de foste ciuperci magmice ar trebui să fie situate sub pădurea Eifel și Boemia, de exemplu.
Dar de unde provin aceste plume? Mărimea lor moderată și diferența relativ mică de temperatură față de mediu sugerează un loc de origine care nu este prea adânc. Aceasta ar putea fi granița dintre mantaua superioară și cea inferioară la o adâncime de 670 de kilometri. Totuși, este de conceput, de asemenea, că penele din vestul și centrul Europei provin dintr-o instabilitate termică la o adâncime de doar aproximativ 400 de kilometri, la care structura cristalină a anumitor minerale din mantaua pământului se schimbă din cauza presiunii crescânde.
În acest caz, coliziunea alpidică ar fi putut acționa ca un declanșator prin punerea în mișcare a unui fel de undă tectonică sub forma unei schimbări extrem de lente în relația presiune-tensiune care s-a propagat în jos prin rădăcina litosferică. Dacă ar fi lovit discontinuitatea la o adâncime de 400 de kilometri, ar fi putut provoca o defecțiune acolo, provocând detașarea materialului jachetei și curgerea în sus.
Pentru moment, aceste considerații trebuie să rămână speculații, deoarece datele disponibile nu furnizează nicio informație seismică clară. Pentru a putea face afirmații cantitative despre acest interval de adâncime, ar trebui să configurați echipamente de măsurare de înaltă calitate într-o rețea și mai densă și mai largă ca parte a unui experiment mai mare.