John Tuzo Wilson : un Canadien qui a révolutionné les sciences de la Terre
Le géophysicien canadien John Tuzo-Wilson était initialement sceptique quant à la théorie de la tectonique des plaques, mais est finalement devenu l’un de ses partisans les plus célèbres, proposant deux idées importantes.
En 1965, il a suivi cette découverte avec l’idée d’un troisième type de failles à transformation limite de plaque . Également connues sous le nom de limites conservatrices des plaques , ces failles glissent horizontalement, reliant les dorsales océaniques (limites divergentes) aux tranchées océaniques (limites convergentes). Les failles transformantes étaient considérées comme la pièce manquante du puzzle de la théorie de la tectonique des plaques. Ils permettaient aux plaques de glisser les unes sur les autres sans qu’aucune croûte océanique ne soit créée ou détruite. L’exemple le plus célèbre est probablement la faille de San Andreas entre les plaques nord-américaine et pacifique.
John Tuzo Wilson : un Canadien qui a révolutionné les sciences de la Terre
Cette édition spéciale comporte 12 articles traitant des divers aspects du « Cycle de Wilson » dans les données géologiques, les plaques tectoniques, les panaches de manteau et la manière dont John Tuzo Wilson acceptait la « dérive des continents » et a formulé la théorie de la tectonique des plaques. Les contributions proviennent surtout de géoscientifiques qui, directement ou indirectement, étaient associés à John Tuzo Wilson et qui ont grandement contribué au paradigme de la tectonique des plaques.
Entre 1961 et 1968, John Tuzo Wilson a apporté plusieurs contributions fondamentales aux sciences de la Terre en identifiant trois éléments de base de la géodynamique qui ont dominé l’évolution de notre planète probablement depuis son événement de formation de la lune, à savoir la tectonique des plaques, les panaches du manteau d’origine profonde et la Cycle de Wilson d’ouverture et de fermeture des océans (voir Burke 2011). Les graines de la révolution tectonique des plaques ont été semées par de nombreux scientifiques, dont notamment Eduard Suess, Alfred Wegener, Émile Argand, Frank Taylor, Alexander du Toit, Arthur Holmes, Robert Dietz et Harry Hess. Fred Vine, Drummond Matthews, Larry Morley, André Larochelle, Xavier Le Pichon, Bryan Isacks, Jack Oliver, Lynn R. Sykes, Jason Morgan, Dan McKenzie et Robert Parker ont été parmi les principaux contributeurs au développement de la théorie.
(4). Dans sa contribution, Hoffman présente un récit de la façon dont Wilson, face aux preuves géophysiques croissantes de la dérive des continents et de la propagation des fonds marins, a adopté le concept de la dérive des continents actuelle et pré-mésozoïque, qui a finalement conduit à la révolution tectonique des plaques. Dans cet article, Hoffman discute et interprète de nombreux articles remarquables de Wilson qui ont été publiés avant, pendant et après que Wilson ait changé son opinion sur la dérive des continents en 1961 en nous montrant comment ses pensées ont évolué de fixiste à mobiliste. Selon Hoffman, le rejet par Wilson de la dérive des continents pré-mésozoïque découlait de deux causes principales : (i) il pensait que le concept de dérive des continents lui-même excluait les mouvements continentaux pré-mésozoïques parce que Taylor (1910) et Wegener (1912) avaient émis l’hypothèse que la dérive a commencé au Cénozoïque ou au Mésozoïque, et (ii) sa propre expérience de terrain dans les Appalaches et le Bouclier canadien l’a convaincu que l’orogenèse n’a pas changé radicalement au cours du temps géologique. L’objection de Wilson ne portait pas sur la dérive des continents en tant que telle, mais uniquement sur les insuffisances et les limites du traitement que Taylor et Wegener en avaient fait. Hoffman résume également les premières réalisations de Wilson à la Commission géologique du Canada et plus tard à l’Université de Toronto.
(5). Burke et Cannon revisitent l’idée de Wilson selon laquelle « les panaches contrôlent le comportement des plaques et sont les moteurs de l’histoire géologique ». Ils discutent des interactions plaque-panache sous Hawaï, l’Islande, Jan Mayen et Yellowstone. Ces auteurs montrent que les capacités modernes d’observation, d’instrumentation, de calcul et de modélisation sont compatibles avec une variété et une complexité considérables dans les interactions panache-plaque. Ils fournissent des preuves indiquant que les têtes de panache actives semblent être courantes, sinon généralisées, sous les points chauds actifs et les grandes provinces ignées, et que ces têtes de panache actives peuvent s’étendre jusqu’à une profondeur de 1000 km. Sur la base des nouvelles preuves, Burke et Cannon affirment que les panaches n’interagissent pas avec les plaques rigides sus-jacentes uniquement dans le haut d’environ 100 km de la Terre solide, mais qu’ils interagissent avec les plaques sus-jacentes à des profondeurs d’environ 1000 km dans les têtes de panache actives.
(6). L’une des principales contributions de Wilson (1965) à la tectonique des plaques a été sa reconnaissance des failles transformantes qui relient deux limites de plaques et transforment le mouvement des plaques d’une limite (par exemple, divergente) à une autre (par exemple, convergente). Şengör et ses collègues utilisent la réflexion sismique multicanal, la bathymétrie haute résolution et les profils de chirp pour discuter des caractéristiques de la faille intracontinentale nord-anatolienne dans la mer de Marmara, en Turquie. Ils démontrent que les failles de toutes les orientations dans la mer de Marmara contiennent à la fois des sous-ensembles actifs et inactifs, et suggèrent que ces failles s’activent et se désactivent au hasard à mesure que la zone de cisaillement évolue. En outre, certaines des profondeurs de la mer de Marmara semblent avoir été héritées d’une collision continent-continent antérieure. Les auteurs soutiennent également que la famille de failles de Marmara pourrait avoir des largeurs approchant 4 km, de telles zones de cisaillement verticales larges pourraient être analogues aux zones de cisaillement dans les terrains précambriens, et qu’elles peuvent être utilisées pour déterminer les directions relatives du mouvement des plaques pendant ces temps anciens.
(7). L’ouest de la province de Grenville représente un segment profondément érodé d’un orogène de type himalayen qui contient les restes d’un empilement étendu de nappes de chevauchement de la croûte profonde datant de 1090 à 1050 Ma (début de l’Ottawan). Schwerdtner et al. décrivent des structures d’extension post-convergentes dans ces nappes de charriage à haute teneur exhumées de l’orogenèse du Grenville qui sont exposées sur de grandes pénéplaines en Ontario. Ils reconnaissent un large éventail de structures, y compris les méga-boudins lenticulaires, les structures de pincement et de gonflement, les failles d’extension, les plis de propagation de faille monoclinaux et les fractures de dilatation. Ces structures impliquent que l’extension post-convergente a commencé à haute température dans la croûte médiane et s’est poursuivie pendant l’exhumation en réponse à l’effondrement gravitationnel de la ceinture orogénique. Les auteurs attribuent la présence de corps lenticulaires de gabbros et d’anorthosites métamorphisés de 15 à 35 km de long dans le domaine de Parry Sound à l’exhumation du complexe de gneiss en réponse à l’extension. Les auteurs suggèrent en outre que l’extension horizontale post-convergente est enregistrée par les fabriques de déformation dans les roches métamorphiques de l’orogenèse du Grenville et était étroitement associée à la décompression et à la rétrogression.
(9). Nutman et al. présentent les âges U – Pb du zircon et les données isotopiques Hf pour les granites et les orthogneiss du Néoprotérozoïque en Iran. Ils rapportent 568 ± 11 Ma de zircons magmatiques provenant de granites du Néoprotérozoïque tardif dans la zone de Sanandaj – Sirjan, avec ca. 900–800, env. 2400, et ca. Noyaux de zircon hérités de 3600 Ma. De plus, ils documentent des zircons hérités de 1000 et 2000 Ma d’orthogneiss de 637 ± 15 Ma dans la même zone tectonique. Sur la base de ces âges de zircons, les auteurs proposent que ces roches pourraient être liées à la croûte précambrienne largement cachée en Turquie, comme le complexe cristallin d’Anatolie centrale et le massif de Menderes. Selon Nutman et ses collègues, ce sous-sol précambrien proposé provenait du Gondwana et a été transféré à travers le Paléo-Téthys pour s’amarrer contre la marge sud de l’Eurasie. Nutman et ses collègues suggèrent en outre que ces découvertes de zircon nécessitent une nouvelle perspective sur la distribution, la dispersion et l’attrition de l’ancienne croûte continentale dans les cycles de Wilson. Bien que la présence d’un terrane précambrien sous le complexe cristallin d’Anatolie centrale reste hautement spéculative, l’étude indique que la tectonique des plaques fournit le mécanisme le plus efficace pour la redistribution, le remaniement, l’érosion et le recyclage des anciennes roches continentales dans les orogènes plus jeunes.
(10). Hynes aborde la question de la faisabilité de la subduction dans l’Archéen, en utilisant les variations de densité de la lithosphère océanique en fonction de son âge et des modèles pétrologiques simples pour les processus de fusion et de refroidissement du manteau. L’auteur étudie la densité de la croûte océanique et du manteau sous-jacent pour un manteau dont les températures sont supérieures de 200 °C à celles d’aujourd’hui en modélisant la chimie de la fonte et la minéralogie des roches qui en découlent. Il montre que le refroidissement de la lithosphère océanique archéenne, combiné à la faible rigidité en flexion des plaques archéennes, était suffisant pour initier la subduction intra-océanique. L’étude montre que la subduction de la lithosphère océanique dans l’Archéen était même légèrement plus facile qu’elle ne l’est aujourd’hui. Les résultats présentés par Hynes suggèrent qu’il n’existe aucune preuve théorique convaincante pour exclure le fonctionnement de la tectonique des plaques dans l’Archéen. Cette étude suggère que les processus géologiques qui ont produit les ceintures de montagnes archéennes sont comparables à ceux qui produisent leurs homologues modernes.
(11). Dans leur contribution, Kusky et al. passer en revue et comparer l’histoire tectonique des cratons archéens de la Chine du Nord et des Esclaves (Canada). La comparaison de ces cratons indique que les deux ont une histoire d’un cycle de Wilson. Les deux cratons enregistrent le rift d’un vieux continent à la fin de l’Archéen, le développement d’une séquence de rift à marge passive et la collision de cette marge passive avec des arcs dans les 100 à 200 Ma par la suite. Les enregistrements rocheux de ces deux cratons sont clairement cohérents avec le fonctionnement de la tectonique des plaques de style paléozoïque à la fin de l’Archéen. De plus, le craton de Chine du Nord contient un mélange tectonique bien préservé qui représente une zone de suture (Wang et al. 2013). La principale différence entre les deux cratons réside dans leur histoire post-cratonisation. Contrairement au craton des Esclaves, le craton de la Chine du Nord a perdu des parties de sa quille lithosphérique en raison de son hydratation par les processus de la zone de subduction.
(12). Dans le dernier article, Sunder Raju et al. passer en revue l’évolution géodynamique du craton de Dharwar en Inde et comparer son évolution avec celle du craton de Kaapvaal en Afrique australe. Le craton de Dharwar est divisé en segments est et ouest, en fonction de leurs histoires géologiques et de leurs caractéristiques lithologiques. L’évolution du craton du Dharwar occidental semble avoir commencé dès ca. 3,6 Ga avec la formation de protocroûte qui constitue le sous-sol pour ca. Ceintures de roches vertes de 3,35 à 3,2 Ga. La formation de la protocroûte a été suivie par l’accrétion de plateaux océaniques et d’arcs insulaires. Le craton oriental du Dharwar est composé principalement de suites de tonalite–trondhjémite–granodiorite de 2,7 à 2,55 Ga et de ceintures de roches vertes. Les auteurs suggèrent que les cratons de Kaapvaal et de Dharwar auraient pu être trop petits pour permettre le début d’un cycle de Wilson entre ca. 3,5 et 2,5 Ga. Cependant, compte tenu des preuves structurelles des processus de subduction-accrétion (voir la Fig. 4 des auteurs) et de la préservation des associations de roches de type marge andine et atlantique, ils n’excluent pas le fonctionnement d’un cycle de Wilson au cours de la évolution de ces deux cratons archéens.
John Tuzo (1908-1993)
John Tuzo Wilson était un géologue et géophysicien canadien qui a déterminé la structure sous-jacente des failles, des continents à travers le monde. Dès le début des années 1960, Wilson a révolutionné le domaine émergent de la tectonique des plaques. Il a inventé le mot « plaque » pour les subdivisions rigides de la croûte terrestre des lits terrestres et océaniques. En 1963, il a identifié certaines des premières preuves à l’appui de l’hypothèse de propagation du fond marin de Harry H. Hess. Wilson a montré la relation selon laquelle les îles étaient plus anciennes pour celles qui sont plus éloignées de la dorsale médio-océanique. L’une de ses nouvelles idées importantes (1965) concernait les failles transformantes, où les limites des plaques se rencontrent dans une série de décalages, et les plaques glissent les unes à côté des autres sans aucune création ni destruction de la croûte. C’est une limite de plaque conservatrice car aucune plaque ne glisse sous l’autre.
https://www.geolsoc.org.uk/Plate-Tectonics/Chap1-Pioneers-of-Plate-Tectonics/John-Tuzo-Wilson