De minuscules cristaux capturent des millions d'années d'histoire des chaînes de montagnes : un géologue fouille l'Himalaya avec un microscope

L'Himalaya est comme La plus haute chaîne de montagnes de la Terre, peut-être le plus élevé jamais enregistré.Comment s’est-il formé ?Pourquoi est-il si grand ?

Vous pensez peut-être que comprendre les grandes chaînes de montagnes nécessite de grandes mesures – peut-être imagerie satellitaire sur des dizaines ou des centaines de milliers de kilomètres carrés.Même si les scientifiques utilisent certainement des données satellitaires, beaucoup d'entre nous, y compris moi, étudiez la plus grande des chaînes de montagnes en vous appuyant sur la plus petite des mesures en petits minéraux qui s'est développé à mesure que la chaîne de montagnes se formait.

Ces minéraux se trouvent dans roches métamorphiques – des roches transformées par la chaleur, la pression ou les deux.L'une des grandes joies de l'étude des roches métamorphiques réside dans microanalyse de leurs minéraux.Avec des mesures à des échelles plus petites que l’épaisseur d’un cheveu humain, nous pouvons découvrir l’âge et les compositions chimiques cachées à l’intérieur de minuscules cristaux pour comprendre les processus qui se produisent à une échelle colossale.

Mesurer les éléments radioactifs

Les minéraux contenant des éléments radioactifs présentent un intérêt particulier car ces éléments, appelés parents, se désintègrent à des rythmes connus pour former des éléments stables, appelés filles.Par mesurer le rapport parent/fille, nous pouvons déterminer l’âge d’un minéral.

Avec la microanalyse, on peut même mesurer différents âges dans différentes parties d'un cristal pour déterminer les différents stades de croissance.En reliant la chimie des différentes zones d’un minéral aux événements de l’histoire d’une chaîne de montagnes, les chercheurs peuvent déduire comment la chaîne de montagnes s’est assemblée et à quelle vitesse.

Mon équipe de recherche et moi avons analysé et photographié un grain unique de monazite métamorphique à partir de roches que nous avons collectées dans la région de l'Annapurna, au centre du Népal.Bien que mesurant seulement 1,75 mm de long, il s’agit d’un cristal gigantesque selon les normes des géologues – environ 30 fois plus gros que les cristaux de monazite typiques.Nous l'avons surnommé « Monzilla ».

Utiliser un microanalyseur à sonde électronique, nous avons collecté et visualisé des données sur la concentration de thorium – un élément radioactif similaire à l’uranium – dans le cristal.Les couleurs montrent la distribution du thorium, où le blanc et le rouge indiquent des concentrations plus élevées, tandis que le bleu et le violet indiquent des concentrations plus faibles.Les nombres superposés sur l'image représentent l'âge en millions d'années.

La datation au thorium-plomb mesure le rapport entre le thorium parent et son plomb fille ;ce rapport dépend du taux de désintégration du thorium et de l’âge du cristal.Nous voyons que deux zones différentes sont présentes dans l'échantillon :un noyau vieux d'environ 30 millions d'années avec des concentrations élevées de thorium et un bord blobby vieux d'environ 10 millions d'années avec de faibles concentrations de thorium.

Que signifient ces âges ?

Comme l'Indien plaque tectonique s'étend vers le nord jusqu'en Asie, les roches sont d'abord enfouies profondément, puis poussées vers le sud sur d'immenses failles.Ces défauts sont actuellement responsable pour certains des tremblements de terre les plus catastrophiques de notre planète.A titre d'exemple, en 2015, la magnitude 7,8 Séisme de Gorkha dans le centre du Népal, des glissements de terrain ont provoqué la destruction de la ville de Langtang, où j'avais travaillé une douzaine d'années auparavant.On estime que 329 personnes y sont mortes et que 14 seulement ont survécu.

Nos analyses chimiques de ce cristal de monazite et des échantillons voisins indiquent que ces roches ont été enfouies profondément sous des failles de chevauchement, les faisant fondre partiellement et former le noyau de monazite vieux d'environ 30 millions d'années.Il y a environ 10 millions d'années, les roches ont été soulevées sur une faille de chevauchement majeure, formant le bord de la monazite.Ces données montrent que la construction des chaînes de montagnes prend beaucoup de temps – au moins 30 millions d’années, dans ce cas – et que les roches les traversent essentiellement.

En étudiant des roches ailleurs, nous pouvons suivre le mouvement de ces poussées et mieux comprendre les origines de l’Himalaya.