Pourquoi certaines montagnes continuent-elles de grandir alors que d’autres se stabilisent ou encore diminuent ? Une nouvelle étude fait le point sur les facteurs qui participent à la dynamique topographique des montagnes.
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S'il est évident que les montagnes naissent sous l'effet des forces tectoniques compressives, leur vie de relief mature est gouvernée par une balance entre vitesse de convergence des plaques, équilibre isostatique et processus érosifs.
Comme tout centimètre carré de la surface terrestre, les montagnes sont en effet soumises à l'abrasionabrasion et à l'altération continue du vent et de l'eau. Elles le sont d'autant plus que le relief est important. Ces processus de surface jouent d'ailleurs un rôle majeur dans la régulation du climat, certaines réactions d'altération étant associées à une fixation du CO2 atmosphérique. L'altération des roches met également à disposition de grandes quantités de nutrimentsnutriments qui vont venir enrichir les océans et soutenir la productivité marine. Il est communément admis que la surrection des grandes chaînes de montagnes s'accompagne d'une hausse des processus d'altération des roches, qui peut avoir un impact significatif sur le système climatique. Climat et tectonique sont ainsi intimement liés.
Comment les montagnes arrivent-elles à maintenir leur hauteur malgré l’érosion ?
Cependant, on ne sait pas encore clairement comment s'équilibre (ou pas) ces différentes forces qui contrôlent la hauteur des montagnes sur le très long terme. Il apparaît en effet qu'en dépit de très forts taux d'érosion, certains orogènesorogènes actifs arrivent tout de même à « survivre » et à maintenir leur topographie durant des centaines de millions d'années.
Une équipe de recherche s'est donc attelée à concevoir un nouveau modèle numériquemodèle numérique couplant processus de surface, forces tectoniques et résistancerésistance lithosphériquelithosphérique. Ils ont pour ceci utilisé un nouveau paramètre, intitulé « nombre de Beaumont » (Bm) en référence au chercheur Christopher Beaumont (Dalhousie University, Halifax, Canada) qui l'a développé. Ce nombre sans dimension permet de quantifier plus facilement les différents facteurs contrôlant l'évolution topographique des reliefs et d'identifier celui qui est alors dominant.
Trois types de montagnes
Trois types d'orogènes actifs ont ainsi été définis. Le type 1 (Bm>0,5) correspond à un état non stable, contrôlé principalement par les forces tectoniques et la dynamique de la lithosphère. Les montagnes continuent donc de grandir, malgré l'action des processus de surface. C'est le cas par exemple des deux plus importantes chaînes de montagnes : l'Himalaya et les Andes. Le type 2 (Bm environ égal à 0,4-0,5) correspond à un état stable dominé par les forces tectoniques. La hauteur des reliefs reste ici constante, la forte croissance topographique liée à la tectonique des plaques et à la dynamique de la lithosphère étant efficacement contrebalancée par les processus de surface. C'est le cas de Taiwan. Le type 3 (Bm<0,4) correspond à un état stable dominé cette fois-ci par l'érosion. La hauteur est également constante au cours du temps, mais c'est ici l'érosion qui est contrebalancée par la tectonique. Un exemple : les Alpes du Sud en Nouvelle-Zélande (attention, malgré le nom, il ne s'agit en rien des Alpes qui marquent la topographie ouest européenne).
Climat, résistance de la croûte et vitesse de convergence des plaques
Le nouveau modèle numérique développé par l'équipe permet ainsi de quantifier l'effet des différents facteurs affectant la hauteur des montagnes. Les paramètres principaux qui entrent en jeu sont le climat de la région, qui détermine directement le taux d'érosion et d'altération, mais également la résistance de la lithosphère, qui va gouverner la capacité de rebond de la croûtecroûte en réponse à l'abrasion, ainsi que la vitessevitesse de convergence des plaques.
De façon simplifiée, les résultats publiés dans la revue Nature montrent que pour comprendre la dynamique topographique d'une chaîne de montagnes, il suffit de savoir si le climat est humide ou sec, si la croûte est résistante ou faible, et si les plaques convergent rapidement ou lentement.
La hauteur des massifs montagneux est-elle influencée par l’érosion ou la tectonique des plaques ?
L'origine de l'élévation des massifs montagneux a longtemps été un sujet de débat chez les scientifiques. Celle-ci est-elle plutôt influencée par l'érosion causée par les éléments, ou la tectonique des plaques pourrait-elle y avoir son rôle à jouer ? Une nouvelle étude propose une réponse.
Article de Emma HollenEmma Hollen publié le 11 juin 2020
C'est un débat qui anime depuis longtemps la communauté scientifique : l'érosion détermine-t-elle la hauteur des sommets des massifs montagneux ou leur altitude est-elle plutôt influencée par des processus tectoniques ? Une nouvelle étude parue dans la revue Nature apporte de nouveaux éléments de réponse, suggérant que la subduction des plaques à l'origine de l'élévation de ces géants de roche, viendrait aussi contrebalancer l'action érosive des éléments.
À l'origine des massifs montagneux
Les plus hauts massifs montagneux sur Terre s'élèvent à la frontière entre des plaques tectoniques convergentes. La chaîne de l'Himalaya, par exemple, est le résultat de la collision entre les plaques indienne et eurasienne, tandis que la cordillère des Andes a émergé de la rencontre des plaques sud-américaine, de Nazca et AntarctiqueAntarctique. La compression exercée par ces deux dernières contre la plaque sud-américaine au cours des 20 derniers millions d'années a permis l'élévation de la région à une altitude dépassant par endroits les 1.500 mètres.
Lors de ce processus, baptisé « subductionsubduction », deux plaques se déplacent l'une vers l'autre jusqu'à ce que la plaque océanique soit contrainte de glisser sous la plaque continentale afin de poursuivre sa route, s'enfonçant dans les profondeurs du manteau terrestremanteau terrestre. Cette embrassade géologique occasionne une forte activité sismique et volcanique ; au cours de millions d'années, elle provoque la déformation progressive et titanesque de la plaque supérieure, formant alternativement une chaîne de montagne, ou un bassin comme la mer Égéemer Égée.
Un équilibre entre érosion et subduction
Dans leur nouvelle étude, le chercheur Armin Dielforder et son équipe expliquent que l'érosion par les rivières et les glaciersglaciers des sommets montagneux ne suffit pas à réduire drastiquement l'élévation des massifs montagneux. En analysant les propriétés des plaques tectoniques formant des massifs et en calculant les forces appliquées à la jonction entre celles-ci, les chercheurs ont pu démontrer une corrélation entre les forces à la bordure des plaques d'un côté, et l'altitude et le poids des montagnes de l'autre.
Cette corrélation a été observée pour tous les massifs étudiés, situés à diverses latitudeslatitudes et donc soumis à différents climats et taux d'érosion. En conclusion, tandis que l'érosion émousse les sommets montagneux, la force de subduction, elle, participe à leur élévation constante, donnant aux massifs les proportions que nous leur connaissons aujourd'hui. Cette importante découverte ouvre de nouvelles voies dans l'étude du développement et de la croissance des montagnes sur le long terme.
