Poster Arctique FB.ai

Champs de fractures actifs sur la dorsale médio-atlantique :
le rift islandais
Françoise BERGERAT1, Romain PLATEAUX2, Lionel SONNETTE3 et Thierry VILLEMIN4
1 : ISTeP, UMR 7193, CNRS-UPMC, Paris, France
2 : GEOAZUR, UMR 7329, CNRS-UNS-IRD et Institute of Oceanography, National Taiwan University
3 : GEOAZUR, UMR 7329, CNRS-UNS-IRD et Earth Sciences Institute, Academia Sinica, Taiwan
4 : EDYTEM, UMR 5204 CNRS-Université de Savoie, France.
L’Islande, une île volcanique :
Le rift islandais est composé, à l’heure actuelle, de trois zones volcaniques
majeures, les deux plus actives (zone volcaniques nord et est) étant centrées au dessus de l’apex du hot spot.
Ride de
Ko lbeinsey
● en zone arctique,
● sur la dorsale médio-atlantique
● au dessus d'un point chaud du manteau terrestre.
66°N
Zon e
Volcan ique
Nord
0.9 cm/an
Zon e
Volcan ique
ouest
ull
Chaque zone est constituée de faisceaux de fractures disposés légèrement en échelon.
0.9 cm/an
64°N
180
150
50
A
North Pacific
LE
U
AN
TI
IS
LA
NDS
KU
Valdez
Bering
Strait
Anchorage
Provideniya
a
Arctic
extent of sea ice
80
Arctic
Ocean
QUEEN
ELIZABETH
Noril'sk
Svalbard
(NORWAY)
Ob'
Irty
sh
Bjørnøya
Pech
ora
70
eg
da
(NORWAY)
ch
Murmansk
Perm'
Vy
Jan Mayen
Arkhangel'sk
Tromsø
(NORWAY)
Denmark Strait
NORWAY
Reykjavík
Tórshavn
Scale 1:39,000,000
Oslo
The Arctic region is often defined as that area where the
average temperature for the warmest month is below 10ºC.
30
Belfast
IRE.
Dublin
North
Sea
DENMARK
Kharkiv
Kiev
Warsaw
Berlin
GERMANY
La dorsale médio-Atlantique au niveau de Modèle du point chaud islandais.
l'Islande. (Elliot Lim, CIRES & NOAA/NGDC)
(Dietmar Müller, Univ. Sydney)
KAZ.
Askja : le cratère “Víti “ du volcan central Large fissure dans le faisceau de
formé lors de l’éruption de 1875.
l’Askja : le canyon Jökulsárgljúfur.
50
Don
LATVIA
Riga
Vilnius Minsk
LITH.
Baltic
Sea RUS.
BELARUS
Copenhagen
U.K. 0
Kam
Tallinn EST.
Stockholm
500 Kilometers
500 Miles
Samara
Nizhniy
Lake
Ladoga
Novgorod
St. Petersburg Moscow
Saratov
SWEDEN Helsinki
Faroe
Islands
(DENMARK)
SHETLAND
ISLANDS
Azimuthal Equal-Area Projection
Kazan'
Volga
North Atlantic Ocean
Lake
Onega
FINLAND
60
a
ve
r naya Dvina
Norwegian
Sea
Arctic
Circle
ICELAND
0
NOVAYA
ZEMLYA
Barents Sea
Greenland
Sea
Itseqqortoormiit
(Scoresbysund)
Se
Tasiilaq
(Ammassalik)
Narsarsuaq
b'
80
(DENMARK)
Nuuk
(Godthåb)
90 E
Yenisey
O
Nord
Longyearbyen
0
RUSSIA
Dikson
Kara
Sea
FRANZ
JOSEF
LAND
Qaanaaq
(Thule)
Kangerlussuaq
(Søndre Strømfjord)
Labrador
Sea
Laptev
Sea
10°C (50°F) isotherm,
July
Greenland
Davis Strait
Paamiut
(Frederikshåb)
na
Sukhon
60 a
Baffin
Bay
Iqaluit
(Frobisher Bay)
Le
SEVERNAYA
ZEMLYA
North
Pole
ISLANDS
Ellesmere
Island
Alert
Baffin
Island
60
120
na
Le
Tiksi
Banks
Island
Kaujuitoq
(Resolute)
Repulse Bay
Hudson
Bay
n
uy
90 W
CHINA
Alda
Verkhoyansk
NEW
SIBERIAN
ISLANDS
Victoria
Island
Cambridge
Bay
Exemple de la zone volcanique nord et du faisceau de l’Askja
(fractures ouvertes en vert et fissures volcaniques en rouge).
(Ásta Hjartardóttir, Master Thesis, 2008)
100 km
ly
Great Slave
Lake
CANADA
15°W
Yakutsk
East
Siberian
Sea
Yellowknife
Kangiqcliniq
(Rankin Inlet)
Oymyakon
Cherskiy
Pevek
Wrangel
Island
Barrow average minimum
Beaufort
Sea
Great Bear
Lake
20°W
Vi
River
Inuvik
Lake
Athabasca
25°W
Les trois zones volcaniques du rift islandais,
le point-chaud et le glacier du Vatnajökull.
Okhotsk
lym
Ko
Circle
Yu
ko
Chukchi
Sea
70
Prudhoe
Bay
r
enzie Rive
Echo Bay
Ride de
Reykjanes
JAPAN
Khabarovsk
Magadan
Anadyr'
Nome
n Riv
er
Fairbanks
Dawson
Mack
Hay
River
150
Amur
Watson
Lake
e
DS
Bethel 60
UNITED STATES
Juneau
Whitehorse
ac
AN
Sakhalin
Gulf of
Alaska
Pe
SL
L I
occupied by the Soviet Union in 1945,
administered by Russia, claimed by Japan.
Sea of
Okhotsk
Kodiak
120
RI
PetropavlovskKamchatskiy
Bering Sea
Ocean
Zon e
Volcan ique
est
POLAND
Dnipro
Volgograd
Rostov
UKRAINE
Black Sea
30
La zone arctique (définie comme la
région où la température moyenne du
mois le plus chaud est < 10°)
► Seul exemple au monde d’interaction entre un point
chaud, un rift océanique actif et une calotte glaciaire.
Chaque faisceau de fractures est constitué d'un assemblage de failles normales, de fractures ouvertes (sans
arrivée en surface de matériel éruptif), de fractures éruptives et d’un volcan central.
Le faisceau de Thingvellir : mosaïques de photographies aériennes
Deux approches complémentaires :
● Le terrain : mesures
classiques (boussole,
mètre) et "à distance"
(distancemètre, GPS).
« avion »
Système GPS cinématique, faisceau de
Thingvellir.
Observations et mesures dans le faisceau
Bárdarbunga-Veidivötn.
● La stéréo-photogrammétrie (vues prises d'hélicoptère, photographies aériennes).
« hélicoptère »
Système de restitution stéréoscopique
numérique (LGCA, Univ. Savoie).
(Lionel Sonnette, Master Thesis, 2007)
Géométrie et dynamique de fonctionnement des structures du rift.
► Les questions qui se posent :
● Comment se répartit la déformation ? et quelle est la part de l’extension due aux cisaillements
normaux et celle due à l’ouverture des fissures ?
● Comment connaître la géométrie des failles normales en profondeur ?
Modèle d’escarpement simple
En surface : fissures éruptives et nonéruptives, faille normales proches de la
verticale et ouvertes.
Modèle de fossé asymétrique
tanζ = Δv/Δe
→ tanζ = ΣΔv/ΣΔe
tanζ = (Δv - Δv’)/( Δe + Δe’)
→ tanζ = (ΣΔv - ΣΔv’)/( ΣΔe + ΣΔe’)
En profondeur : failles
normales inclinées et
dykes, visibles dans les
zones anciennes érodées.
Relations entre la géométrie des fractures ouvertes et les failles
normales en profondeur. (Jacques Angelier et al., JSG, 1997)
Partitionnement de la déformation dans le faisceau de Krafla.
(Olivier Dauteuil et al., 2001)
Profil
A-A’
B-B’
Faille bordière est du fossé du Leirhnjukur, Fissure éruptive dans le fossé
Leirhnjukur, faisceau du Krafla.
faisceau du Krafla.
du Failles normales et dykes dans terrains
tertiaires, Ouest Islande.
● Comment se fait la croissance d'une faille normale ?
Longueur ΣδLfissure
2600 m
11.75 ± 5 m
2500 m
11.86 ± 5 m
ΣδLFaille
13.10 ± 1 m
10.19 ± 1 m
ΣδLtotal
24.85 ± 6 m
22.05 ±6 m
Bloc diagramme schématique de la déformation (surface/profondeur).
(Olivier Dauteuil et al., JSG, 2001)
β = Lt/(Lt-dLt) dLf/dLF
1.0096 ± 0.001 0.908
1.0089 ± 0.001 1.162
Chaque processus d’extension (failles, fissures) accommode la moitié de la déformation.
Des géométries diverses (grabens parallèles, rift asymétrique...)
Stakksfjörður
7096
Va
tn
e
sl
ys
us
trö
Strandarheiði
gjá
fna
Kle
7094
rin
G
gjá
ur
vik
da
þráinsskjaldarhaun
Vogaheiði
gjá
ta
ða
se
ls
Gildrulholtagja
5000 ans
gjá
ldu
Hu
já
Vogar
Hra
Mjoafellagja
2000 ans
nd
fg
Mise en place des unités holocènes
(= ennoyage) puis d’un réseau de
fractures au travers de ces coulées.
Pré-fracturation pléistocène du substrat
du faisceau de Thingvellir.
-s
Recouvrement total de la faille
par une nouvelle coulée.
Formation d’un fossé.
Kalffelheiði
a
n
un
Br
7092
Skógfellahraun
430
435
440
Interprétation de la mosaïque de photos aériennes du
faisceau de Vogar.
(bleu: faille normale à regard est, vert : f. norm. à regard
ouest, rouge: fissure ouverte).
(Thierry Villemin, Françoise Bergerat, JSG, 2013)
Fracturation de la surface.
Recouvrement partiel par
une nouvelle coulée.
Interprétation de la mosaïque de photos aériennes du
faisceau Bárdarbunga-Veidivötn (rouge et violet: faille
normale à regard ouest, bleu et vert: f. norm; à regard est,
jaune: fissure ouverte).
(Romain Plateaux, Ph D Thesis, 2012)
● De quoi dépend la géométrie des différents faisceaux ? Une question encore en suspens !
De la dynamique du rift aux interactions complexes entre (sismo-) tectonique, volcanisme
et climat.
(Lionel Sonnette et al., JSG, 2010 )
10
5
Le Vatnajökull (superficie : 8 390 km2, épaisseur maximale 1000 m)
► perte de 400 km3 de glace depuis la fin du “petit âge glaciaire”
0
-5
R 48
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
10
10
5
5
0
0
4500
5000
5500
Stage 1
R 38
0
500
1000
1500
2000
2500
-5
3000
SB
R 24
0
500
1000
1500
2000
2500
10
10
Stage 2
5
5
Stage 1
0
-5
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
-5
d2
d1
L1
L2
0
R 28
0
SB
3000
SB
central segment
growth line
onset of
interaction
d1
Time
(d’après Patience Cowie, Gerald Roberts, JSG, 2001)
R 16
0
SB
Stage 2
d2
b
Throw
-5
a
500
1000
1500
2000
2500
3000
(Thierry Villemin, Françoise Bergerat, JSG, 2013)
Evolution du rejet longitudinal le long de 5
failles dans le faisceau de Vogar.
Modèle conceptuel de croissance de faille
normale dans le faisceau de Vogar.
► Les questions qui se posent :
● L’évolution du glacier exerce-t-elle un contrôle sur l’évolution
tectonique et magmatique sous-jacente ?
● Mais aussi : Comment et à quelle vitesse les phénomènes profonds qui affectent la surface, influencent-ils le comportement
du glacier ?
● Et finalement : quels sont les enjeux sociétaux ?
○ Économie.
○ Santé.
Le bord ouest du Vatnajökull (données radar EMISAR ;
ligne noire tiretée : bord en 1946, données AMS).
Eyjólfur Magnússon, EPSL, 2005)
2005
(Eyjólfur