F1b : La subduction de nos jours et dans le passé

La compréhension de la dynamique de la Terre et les interactions entre la planète et l’hydrosphère et la biosphère nécessite de quantifier les processus responsables de ces interactions. La théorie de la tectonique des plaques, les principes de géochimie appliquées au suivi de la surface de la Terre et aux processus profonds, ainsi que les études des bio-minéraux sont des exemples de réalisations obtenues à l’IPGP au cours des dernières décennies. Cependant, la compréhension de la dynamique de la Terre dynamique et notamment son initiation reste mal connue. Pour combler l’écart entre la dynamique actuelle et primitive de la Terre, des sous-projets liés à l’exploration de la proto-Terre et à l’étude des analogues modernes seront mis au point conjointement. Au cours des deux premières années du projet Frontiere 1, l’effort sera consacré à 1) l’exécution d’une opération de forage d’une nouvelle succession stratigraphique clé de l’Eon Archéen et 2) de contraindre les taux et les régimes de déformation sur une gamme d’échelles spatiales le long de la Chiliean Margin.

  • Déformation active et activité sismique le long de la zone de subduction andine au Chili

    Coordinateurs: R. Armijo (IPG Paris, France), R. Lacassin (IPG Paris), N. Shapiro (IPG Paris), J.P. Vilotte (IPG Paris)

    Collaborations internationales : Universidad de Chile (J. Campos and G. Vargas), Universidad Católica del Norte (G. Gonzalez), GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam (O. Oncken), University Potsdam (M. Strecker)

    La zone de subduction andine au Chili, résultant de la convergence rapide de la plaque de Nazca sous la plaque Amérique du Sud, est une des plus actives au monde comme l’atteste la chaîne des Andes, la plus grande chaîne de montagne et de hauts plateaux de la planète, et la forte activité sismique associée avec quatre très grands séismes sur les 120 dernières années. Les questions scientifiques aujourd’hui sont une meilleure compréhension des processus de déformation transitoire et permanente, leurs variations et leurs interactions, le long de la zone de subduction au Chili. Un objectif, ayant de fortes implications sociétales et économiques, est d’intégrer ces différentes échelles spatiales et temporelles au sein d’un modèle géodynamique.

    SeÌismes Chili.jpg

    La zone de subduction Andine au Chili, et les principaux grands tremblements de Terre associés : la taille de la zone de rupture des tremblements de Terre est shématisée par les ellipses. La vitesse et la direction moyennes de convergence entre la plaque Nazca et la plaque Amérique du Sud sont symbolisées par une flèche. Les principales barrières associées à la segmentation de la zone de subduction sont pointées sur la carte.

    Répondre à ces questions, requiert des méthodes innovantes d’analyse et de modélisation des données générées par les études de terrain en tectonique et paléo-sismologie, les systèmes d’observation haute-résolution intégrant les réseaux de surveillance géodésiques et sismologiques, opérés par le Laboratoire International Associé « Montessus de Ballore » (https://www.lia-mb.net), l’initiative franco-chilienne entre le CNRS-INSU et l’Université du Chili (Santiago), dont l’IPGP est un des principaux partenaires, et par les systèmes d’observation satellitaire (InSAR).

    Les premiers objectifs du projet sont:

    1. L’analyse détaillé du grand séisme de Maule (Mw 8.6, 27 Février 2010, Chili Central), en termes du processus de rupture, de déformation crustale associée, de changements de propriétés de la croute associés, ainsi que son implication pour l’évaluation de l’aléa au nord de la région centrale du Chili, en particulier au niveau de Valparaiso. Cette analyse exploitera la grande masse, et la résolution unique, des données disponibles aujourd’hui intégrant données sismologiques (aux échelles régionales et globales), géodésiques, et géologiques. Les leçons de cette étude auront d’importantes implications et applications pour l’étude de l’aléa sismique au Nord Chili qui sera menée dans un deuxième temps.
    2. L’étude de la déformation permanente, associé à la construction des Andes par raccourcissement tectonique, mesurée sur des échelles de temps de 103-107 ans, à peine plus longues que celles du cycle sismique pour les séismes de subduction. Le but est de caractériser l’évolution des structures géologique de vergence ouest en relation avec les processus de la subduction. Le but est de construire un modèle mécanique sera intégrant accrétion tectonique et interface de subduction de manière consistante avec l’évolution tectonique et morphologique le région des Andes centrales et de l’Altiplano. Cette étude impliquera de nouvelles observations de terrain qui seront collectées au cours du projet.

    Ce projet supporte financièrement un post-doc d’un an, attribué à Natalia Poiata, et un nombre de missions de terrain pour les études tectoniques.

     

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    Position Nom Laboratoire Grade, employeur
    WP leader Nikolai Shapiro IPGP DR CNRS
    WP membre Anne Le Friant IPGP DR CNRS
    WP membre Nathalie Feuillet IPGP Physicienne , IPGP
    WP membre Guyard Hervé IPGP Post-Doc
    WP membre Seibert Chloé IPGP Doctorant/IPGP
    WP membre Pierre Agrinier IPGP Professeur, IPGP
    WP membre Alberto Roman IPGP Post-Doc
    WP membre William Frank IPGP Post-Doc
    WP membre Jean Soubestre IPGP Post-Doc
    WP membre Léonard Seydoux IPGP Doctorant/IPGP
    WP membre Kairly Jaxybulatov IPGP Doctorant/IPGP
    WP membre Sergey Abramenkov IPGP Doctorant/IPGP

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    Pendant les trois années du WP F1b, nous avons suivi le plan proposé et travaillé dans les deux régions cibles : les Petites Antilles et les zones de subduction du Kamchatka. Nous avons analysé et interprété les données recueillies antérieurement et effectué de nouvelles expériences sur le terrain. Nous avons également travaillé sur l’analyse des données géophysiques d’autres zones de subduction (Mexique, Indonésie) qui contribuent à la compréhension des processus actifs sismogènes et volcaniques.

    Ce travail a donné lieu à plusieurs publications et présentations lors de réunions scientifiques internationales. Le soutien du Labex nous a également permis d’obtenir d’autres financements qui servent à étendre nos études sur la dynamique des zones de subduction dans les deux régions cibles. L’expertise développée par notre équipe dans les Petites Antilles grâce au soutien du programme Labex WP F1b permet de développer un nouveau programme de recherche sur la zone de subduction de Ryukyu au Japon en collaboration avec des collègues de l’Université TOKYO et du Earthquake Research Institute. Le programme a débuté en janvier 2016. Il a été financé par l’INSU en 2017.

    Grâce à l’expertise acquise dans le cadre du programme Labex en paléosismologie et volcanologie subaquatique, deux jeunes chercheurs (qui obtiennent leur doctorat à l’IPGP) ont été sélectionnés pour participer à l’expédition IODP 372 en 2017 (Morgane Brunet) et à l’expédition IODP 381 en 2018 (Gino de Gelder).

     

     

     

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    2012

    Philippot, P., Van Zuilen, M., and Rollion-bard, C., 2012. Variations in atmospheric sulphur chemistry on early Earth linked to volcanic activity. Nature Geoscience 5, 668-674

    Kumar, A., Nagaraju, E., Besse, J., and Rao, B., 2012. New age, geochemical and paleomagnetic data on a 2.21 Ga dyke swarm from south India: Constraints on Paleoproterozoic reconstruction. Precamb. Res. 220, 123-138.

    2013

    Teitler, Y., Le Hir, G., Fluteau, F., Philippot, P., Donnadieu, Y., 2013. Investigating the Paleoproterozoic glaciations with 3-D climate modeling. Earth Planet. Sci. Lett. 395, 71-80.

    2014

    François, C., Philippot, P., Rey, P., Rubatto, E., 2014. Burial and exhumation during Archean sagduction in the East Pilbara Granite-GreenstoneTerrane. Earth Planet. Sci. Lett. 396, 235-251.

    Hardisty, D., Lu, Z., Planavsky, N., Bekker, A., Philippot, P., Zhou, X., Lyons, T., 2014. An iodine record of Paleoproterozoic surface ocean oxygenation. Geology 42, 619–622.

    Pecoits, E., Smith, M.L., Catling, D.C., Philippot, P., Kappler, A., Konhauser, K.O., 2014. Atmospheric Hydrogen Peroxide and Eoarchean Iron Formations. Geobiology, DOI: 10.1111/gbi.12116.

    Sforna, M.C., Philippot, P., somogyi, A., van Zuilen, M.A., Medoudji, K., Nitschke, W., Schoepp-Cottenet, B., Visscher, P., 2014. Evidence for arsenic metabolism and cycling by microorganisms 2.7 billion years ago. Nature Geoscience, 7, 811–815.

    Sforna, M.C., van Zuilen, M.A., Philippot, P., 2014. Structural characterization by Raman hyperstractral mapping of organic carbon in the 3.46 billion-year-old Apex chert, Western Australia. Geochim. Cosmochim. Acta 114, 18–33.

    van Zuilen, M.A., Philippot, P., Lepland, A., Whitehouse, M.J., 2014. Sulfur Isotope Mass-Independent Fractionation in Impact Deposits of the 3.2 Billion-year-old Mapepe Formation, Barberton Greenstone Belt, South Africa. Geochim. Cosmochim. Acta 142, 429-441.

    2015

    Amor, M., Busigny, V., Durand-Dubief, M., Tharaud, M., Ona-Nguema, G., Gélabert, A., Alphandéry, E., Menguy, N., Benedetti, M., Cgebbi, I., Guyot, F., 2015. Chemical signature of magnetotactic bacteria. Proc. Nat. Acad. Sci., www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1414112112

    Carlut, J., Isambert, A., Bouquerel, H., Pecoits, P., Philippot, P., Vennin, E., Ader, M., Thomazo, C., Buoncristiani, J.-F., Baton, F., Muller, E., Deldicque, D., 2015. Low Temperature Magnetic Properties of the Late Archean Boolgeeda Iron Formation (Hamersley Group, Western Australia): Environmental Implications. Frontiers in Earth Science. http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/feart.2015.00018

    Teitler, Y., Philippot, P., Gérard, M., Le Hir, G., Fluteau, F., Ader, M., 2015. Ubiquitous occurrence of basaltic-derived paleosols in the Late Archaean Fortescue Group, Western Australia. Precamb. Res. 267, 1-27.

    Marin-Carbonne, J., Remusat, L., Sforna, M.C., Thomazo, C., Cartigny, P., Philippot, P. Sulfur isotopes signal of nanopyrites enclosed in 2.7 billions year old stromatolitic organic remains reveal microbial sulfate reduction and diagenetic processes in closed system. Proc. Nat. Acad. Sci., submited

    Morag, N., Williford, K.H., Kitajima, K., Philippot, P., Van Kranendonk, M.J., Lepot, K., Valley, J.W. Microstructure -specific carbon isotopic signature of organic matter from ~3.5 Ga cherts of the Pilbara Craton support biologic origin. Precamb. Res., submited

    2016

    Brunet, M., Le Friant, A., Boudon, G., Lafuerza, S., Talling, P., Hornbach, M., Lebas, E., Guyard, H., IODP Expedition 340 scientists, 2016. Composition, geometry and emplacement dynamics of a large volcanic island landslide offshore Martinique: from volcano flank-collapse to seafloor sediment failure? Geochemistry, Geophysics, Geosystems 17, doi:10.1002/2015GC006034.

    Coussens M., Wall-palmer D., Talling P.T., Watt S.F.L., Cassidy M., Jutzeler M., Clare M.A., Hunt J.E., Manga M., Gernon T.M., Palmer M.R., Hatter S.J., Boudon G.,  Endo D., Fujinawa A., Hatfield R., Hornbach M.J., Ishizuka O., Kataoka K., Le Friant A. , Maeno F., McCanta M., Stinton A.J. (2016). The relationship between eruptive activity, flank collapse, and sea level at volcanic islands: A long-term (>1 Ma) record offshore Montserrat, Lesser Antilles. Geochem. Geophys. Geosyst ., doi:10.1002/2015GC006053.

    Frank, W.B., N.M. Shapiro, A.L. Husker, V. Kostoglodov, A.A. Gusev, and M. Campillo, The evolving interaction of low-frequency earthquakes during transient slip, Science Advances, 2, doi: 10.1126/sciadv.1501616, 2016.

    Koulakov, I., E. Kasatkina, N.M. Shapiro, C. Jaupart, A. Vasilevsky, S. El Khrepy, N. Al-Arifi, and S. Smirnov, The feeder system of the Toba supervolcano from the slab to the shallow reservoir, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms12228, 2016c.

    Seydoux, L., N. M. Shapiro, J. de Rosny, and M. Landès (2016), Spatial coherence of the seismic wavefield continuously recorded by the USArray, Geophys. Res. Lett., 43, doi:10.1002/2016GL070320.

    Koulakov, I., G. Maksotova, K. Jaxybulatov, E. Kasatkina, N.M. Shapiro, B.‐G. Luehr, S. El Khrepy, N. Al‐Arifi, (2016). Structure of magma reservoirs beneath Merapi and surrounding volcanic centers of Central Java modeled from ambient noise tomography, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, DOI: 10.1002/2016GC006442.

     

    2017

    Shapiro N.M., C. Sens-Schönfelder, B. Lühr, M. Weber, I. Abkadyrov, E.I. Gordeev, I. Koulakov, A. Jakovlev, Y. Kugaenko, and V. Saltykov (2017), Understanding Kamchatka’s Extraordinary Volcano Cluster. EOS, DOI: 10.1029/2017eo071351.

    Shapiro, N.M., D.V. Droznin, S.Ya. Droznina, S.L. Senyukov, A.A. Gusev, and E.I. Gordeev (2017), Deep and shallow long-period volcanic seismicity linked by fluid-pressure transfer. Nature Geosciences, 10, 442-445, doi:10.1038/ngeo2952.

    Gómez-García C., F. Brenguier, P. Boué, N.M. Shapiro, D.V. Droznin, S. Ya. Droznina, S.L. Senyukov, and E.I. Gordeev (2017), A general formulation for retrieving robust noise-based seismic velocity changes: synthetic tests and application to Klyuchevskoy volcanic group (Kamchatka), submitted to Geophys. J. Int.

    Soubestre, J., N.M. Shapiro, L. Seydoux, J. de Rosny, D. V. Droznin, S. Ya. Droznina, S. L. Senyukov, and E. I. Gordeev (2017), Network-based detection and classification of seismo-volcanic tremors: example from the Klyuchevskoy volcanic group in Kamchatka, submitted to J. Geoph. Res.

    Brunet, M., Moretti, L.,  Le Friant A., Mangeney, A., Fernandez-Nieto, Enrique,D., Bouchut, F. (2017) Numerical simulation of the 30-45 Ka debris avalanche flow of Montagne Pelée volcano, Martinique: from volcano flank collapse to submarine emplacement. Natural Hazards, 87-2:1189-1222

    Fraass, A.J., Wall-Palmer, D., Leckie, R.M., Hatfield, R.G., Burns, S.J., Le Friant, A ., Ishizuka, O., Aljahdali, M., Jutzeler, M., Martinez-Colon, M., Palmer, M., & Talling, P.J., (2017) A revised Plio- Pleistocene age model and paleoceanography of the northeastern Caribbean Sea: IODP Site U1396 off Montserrat, Lesser Antilles. Stratigraphy , in press.

    Jutzeler, M., Manga, M., White, J.D.L., Talling, P.J., Proussevitch, A.A., Watt, S.F.L., Cassidy, M., Taylor, R.N., Le Friant, A.,  Ishizuka, O., (2017). Submarine deposits from pumiceous pyroclastic density currents traveling over water : An outstanding example from offshore Montserrat (IODP 340). GSA Bulletin. Doi :10.1130/B31448.1


     Conferences Internationales

    Ader, M., Thomazo, C., Baton, F., Muller, E., Chaduteau, C., Cartigny, P., Vennin, E., Buoncristiani, J.F., Van Kranendonk, M., Philippot, P., 2015., Paired carbon isotope from three key intervals of the Turee Creek Group, Pilbara Craton, Australia, Goldschmidt Conference, Prague.

    Busigny, V., Marin-Carbonne, J., Muller, E., Cartigny, P., Assayag, N., Rollion-Bard, C., Philippot, P., 2015. Fe and S isotope constraints on redox conditions associated with barite deposits from the 3.2 Ga Mapepe Formation (South Africa), Goldschmidt Conference, Prague.

    Caquineau T, François C, Paquette JL, Marin-Carbonne J (2014). 24ième RST, Pau, October 2014

    Caquineau T, François C, Paquette JL, M. Van Kranendonk, Philippot, P. 2015, U-Pb monazite dating of the Turee Creek Group sedimentary succession: implications on the rise of oxygen and glacial events, Goldschmidt Conference, Prague.

    Daye M, Sforna MC, Philippot P, Somogyi A, Van Zuilen M, Medjoubi K, (2014), 24ième RST, Pau, October 2014

    Avila, J., Ireland, T.R., Holden, P., Philippot, P., 2015. In situ multiple sulfur isotope analysis of pyrites with SHRIMP-SI: deconvolving complex depositional and post-depositional processes. Goldschmidt Conference, Prague.

    Marin-Carbonne J, Muller E, Busigny V, Rollion-Bard C, Philippot P (2013), Goldschmidt, Firenze, p 23

    Marin-Carbonne J, Muller E, Miot, J, Busigny V, Rollion-Bard C, Philippot P (2014), Goldschmidt, Sacramento

    Marin-Carbonne J, Remusat, L., Sforna, M., Thomazo, C., Cartigny, P., Philippot P., 2015. Evidence of microbial sulfate reduction in nanopyrites enclosed in 2.7 billions year old stromatolitic organic remains, Goldschmidt Conference, Prague.

    Muller E, Philippot P, Rollion-Bard C, Sarma DS (2013), Goldschmidt, Firenze, p.1805

    Muller, E, Philippot P, Rollion-Bard C, Cartigny P, 24ième RST, Pau, October 2014

    Muller, E., Philippot, P., Rollion-Bard, C., Cartigny, P., 2015. Deconvolution of the sulfur cycle in Archean sulfate deposits using quadruple sulfur isotope (32S, 33S, 34S, 36S) analyses. Goldschmidt Conference, Prague.

    Pecoits, E., S.V. Lalonde, M. Van Kranendonk, P. Philippot (2015). Trace Element Chemostratigraphy of the Paleoproterozoic Turee Creek and Uppermost Hamersley Groups, Western Australia. Goldschmidt Conf, Prague.

    Lalonde, S.V., E. Pecoits, A. Beaumaris, K.O. Konhauser, P. Philippot (2015). A High Resolution Record of Paleoproterozoic Environmental Change: XRF Core Scan Data from the Turee Creek Drilling Project (TCDP), Hamersley and Turee Creek Groups, Western Australia. Goldschmidt Conference, Prague.

    Pereira A., Thomazo C, Vennin E, Buoncristiani JF, Van Kranendonk M, Philippot P, 24ième RST, Pau, october 2014.

    Philippot P, Van Zuilen M, Rollion-Bard C (2012), Geophysical Research Abstracts, Vienna, p 3644

    Philippot P, Van Zuilen M, Rollion-Bard-C (2012), Goldschmidt Conference, Montreal

    Philippot P, Teitler Y, Gerard M, Cartigny P, Muller E, Assayag N, LeHir G, Fluteau F (2013), Goldschmidt, Firenze, p 76

    Philippot P, Van Kranendonk M, Thomazo, C., Muller E, Marin-Carbonne J, Lalonde S, Vennin E, Buonchristiani JF, Baton F, Caquineau T, Pereira A, Pecoits E, Planavsky N, Ader M, Isambert A, Bouquerel H, Busigny V, Carlut J, Cartigny P, Lepot K, 24ième RST, Pau, October 2014.

    Philippot P, Avila, J.N., Baton, F., Cartigny, P., Irealand, T.R., Muller, E., Rollion-Bard, C., Van Kranendonk, 2015. Multiple sulfur isotopes from the 2.45-2.2 Ga old Turee Creek Group and the rise of atmospheric oxygen, Goldschmidt Conference, Prague.

    Sforna MC, Philippot P, van Zuilen M, Somogyi A, Medjoubi K, Visscher PT & Dupraz C, (2013), Goldschmidt, Firenze, p

    Sforna MC, Philippot P, Somogyi A, van Zuilen M, Medjoubi K, Schoepp-Cothenet B., Nitschke W., Visscher P. 2015. Arsenic metabolism and cycling in early Earth oceans. Goldschmidt Conference, Prague.

    Teitler Y., Philippot, P., Gerard M., Le Hir G., Fluteau F., Ader, M. , 2015. Direct evidence for significant oxygen in the Late Archean atmosphere from paleosols of the Fortescue Group, Western Australia, Goldschmidt Conference, Prague.

    van Zuilen M, Philippot P, Whitehouse M & Lepland A, (2013), Goldschmidt, Firenze, p

    Visscher, P., Farias, M., Contrapas, M., Novoa-Cortez, F., Rasuk, C., Patterson, Philippot, P., Sforna M., Gallagher, K., Dupraz, C., 2014. Geol. Soc. Amer. Abs. Vol., 1922, 2014

    News & Views

    Nature Geoscience, Sept. 2012, Unexpectedly abiotic, Bozwell Wing, 5, 598-599

    Nature Geoscience, Oct. 2014, Arsenic and Primordial Life, Tom Kulp, 7, 785–786

    Popular science and extension to the general public

    CNRS, International Magazine, April 2012, « The Origins of Life», 25, p 21-23

    La Recherche, October 2012, Des éruptions gigantesques sur la Terre Primitive, 468, 16-17.

    CNRS, Paris 9 aout 2012, De gigantesques panaches volcaniques ont recouvert la Terre à trois reprises entre 3,5 et 3,2 milliards d’années http://www.insu.cnrs.fr/terre-solide/origine-evolution-histoire/de-gigantesques-panaches-volcaniques-ont-recouvert-la-terre-

    CNRS, 26 October, 2014, Des micro-organismes métabolisaient l’arsenic dans des lacs salins il y a plus de 2,7 milliards d’années http://www.insu.cnrs.fr/node/5044

    Festival Pariscience, 7 october 2013, Invited conference after projection of the movie « Comment faire pousser une planète ? » Museum d’Histoire Naturelle.

    Exobiology school, Origin of life on Earth, Teich, 2014

    Conference and session organized

    P. Philippot, Chair of the theme « Early Earth – Earth’s history before the Phanerozoic » of the 2015 Goldschmidt Conference, Prague. (co-chair Y. Ueno, TIT and T. Rushmer, Macquarie University ; 6 sessions organized)

    N. Planavsky, D. Catling, K. Konhauser, Z. Lu, P. Philippot, convenors of the Session « Precambrian Redox Evolution » of the 2015 Goldschmidt Conference, Prague.

    Outcome not directly supported by Labex UnivEarths but connected to the project

    Peer Reviewed Articles.

    Marty, B., Zimmermann, L., Pujol, M., Burgess, R., Philippot, P., 2013. Nitrogen isotopic composition and partial pressure in the Archean atmosphere from analysis of pristine inclusion fluids. Science 342, 101-104.

    Pujol, M., Marty, B., Burgess, R., Turner, G., Philippot, P., 2013. Argon isotopic composition of Archaean atmosphere probes early Earth geodynamics. Nature 498, 87-90.

    Le Hir, G., Teitler, Y., Fluteau, F., Donnadieu, Y., 2014. The faint young Sun problem revisited with a 3-D climate–carbon model – Part 1, Clim. Past 10, 697–713.

    News and Views

    CNRS, 6 juin 2013, L’essentiel de la croûte continentale formée entre 3,8 et 2,7 milliards d’années, http://www.insu.cnrs.fr/node/4391

    CNRS, 22 septembre 2013, L’atmosphère entre 3,8 et 2,4 milliards d’années, http://www.insu.cnrs.fr/node/4503

    Science Daily, 4 October 2013, Climate Puzzle Over Origins of Life On Earth, http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131004090307.htm?utm_sour

    Popular Science

    La Recherche, December 2013 Des bulles d’eau révèlent l’atmosphère de la Terre primitive, 482, 8-9.

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