Fiche de valorisation de la campagne AOC

Valorisation des campagnes à la mer
Navires Ifremer - IRD - IPEV
Fiche “ Valorisation des résultats des campagnes océanographiques ”
Nom de la campagne : AOC (Aden-Owen-Carlsberg)
Projet / Programme de rattachement : aucun
Navire : BHO Beautemps-Beaupré
Engins lourds :
Dates de la campagne : 20 septembre – 12 octobre 2006 Zone(s) : Océan Indien nord-ouest
Nombre de jours sur zone/en transit : 12 sur zone / 11
Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : Fournier Marc, Université Pierre et Marie Curie (UPMC)
Nombre de chercheurs et d’enseignants-chercheurs (en mer / à terre) : 7 / 0
Nombre d’ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 0 / 0
Nombre d’étudiants (en mer / à terre) : 0 / 0
Fiche remplie par : Marc Fournier
Date d’actualisation de la fiche : mars 2012
Adresse : Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP), UPMC, Case 129, 4 place Jussieu, 75231 Paris cedex
05, France
Email : [email protected]
Tel : 01 44 27 52 68
Fax : 01 44 27 50 85
Résultats majeurs obtenus
1 – Contexte scientifique et programmatique de la campagne
À la suite de travaux à terre sur les marges du
golfe d’Aden (Lepvrier et al., 2002), le laboratoire de
Tectonique de l’UPMC avait initié en 1999 le
programme ENCENS dans le cadre du GDR Marges,
en collaboration avec Géosciences Azur et l’IUEM. Ce
programme avait pour but l’étude terre-mer des
marges conjuguées d’un bassin océanique récent, le
golfe d’Aden, pour progresser dans la compréhension
du processus de déchirure continentale et de mise en
place d’un système d’accrétion.
À cettte occasion, nous avions repris la
cinématique d’ouverture du golfe d’Aden (mouvement
relatif des plaques Arabie et Somalie), avec une
nouvelle interprétation du point triple Arabie-IndeSomalie (Fournier et al., 2001). Au lieu du point triple
FFR classique entre la faille transformante d’Owen, la
zone de fracture d’Owen (ZFO) et la dorsale de
Sheba, nous avions proposé que le point triple se
situait plus à l’ouest, à l’entrée orientale du golfe
d’Aden, au niveau du coude de la dorsale d’AdenSheba (14,5°N ; 56,4°E), et qu’il était de type RRR. Si
elle était confirmée, cette interprétation avait des
Figure 1. Contexte géodynamique et localisation de la zone d’étude.
conséquences sur le mode d’ouverture du golfe
d’Aden et sur la stabilité et l’existence des points triples FFR. Nous avions réévalué la cinématique du point triple à
partir de données satellitaires (Sandwell et Smith, 1997) et de données de sismicité mondiale (Dziewonski et al.,
1999). Cette étude “à distance” était limitée par le pouvoir de résolution des données et devait être complétée par
une étude sur zone. C’est pourquoi nous avons proposé de réaliser une courte campagne (12 jours) sur le point
triple Arabie-Inde-Somalie, nommé point triple AOC (Aden-Owen-Carlsberg ; Figure 1).
1
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2 – Rappel des objectifs
La campagne AOC avait pour objectif principal de déterminer la configuration actuelle du point triple AOC
et sa cinématique depuis le début de l’océanisation dans le Golfe d’Aden il y a environ 20 Ma.
Objectifs et questions posées :
➣ Localisation, configuration et cinématique actuelle du point triple AOC
La cartographie multifaisceaux de la zone du point triple permet de révéler ses grands traits structuraux et
de savoir si le point triple correspond ou non à une zone de déformation diffuse. Le relevé magnétique fournit l’âge
du plancher océanique. La gravimétrie permet de suivre les variations d’épaisseur de la croûte océanique.
➣ Evolution du point triple AOC depuis ~20 Ma : implications pour l’ouverture du golfe d’Aden
La reconstruction à partir des données magnétiques de l’évolution spatiale et temporelle du point triple
depuis le début de l’ouverture du golfe d’Aden montre où il est apparu et comment il a évolué. La réponse à ces
questions doit permettre d’aborder le problème du processus moteur de la déchirure lithosphérique dans le golfe
d’Aden. Deux scénarii sont envisagés :
- ouverture active par propagation de la dorsale de Sheba
La propagation de la dorsale se fait par étapes successives avec des arrêts à la transition entre lithosphère
continentale et océanique et au niveau des principales failles transformantes du golfe (Manighetti et al., 1997).
- ouverture passive et migration du point triple AOC
Une dorsale d’orientation N75°E se met d’abord en place, puis est progressivement remplacée par la
dorsale de Carlsberg par migration vers l’ouest du point triple AOC. La dorsale acquiert sa courbure actuelle
pendant cette migration.
D’autres scénarii incluant l’existence d’une microplaque au point triple sont envisagés. Pour tester ces
modèles, il faut reconstituer l’évolution du point triple depuis 20 Ma, déterminer sa nature, et savoir s’il est stable
ou transitoire. Un autre test consiste à savoir si la partie sud de la zone de fracture d’Owen (entre 15°N et la faille
transformante d’Owen) est réellement inactive grâce au sondeur 3.5 kHz qui détecte les failles actives.
➣ Existe-t-il des points triples FFR sur Terre ?
La reconstitution du mouvement des plaques lithosphériques à partir des anomalies magnétiques a
longtemps permis de conclure à l’existence de points triples RRF connectant une frontière transformante à une
dorsale océanique. Les trois exemples connus sont les points triples des Açores, Juan Fernandez, et AOC. En
réalité, dans ces trois exemples la frontière transformante évolue en frontière divergente au voisinage du point
triple. Dans deux cas, le point triple RRF est probablement remplacé par un point triple RRR, et dans le dernier cas
la formation de la microplaque Juan Fernandez intervient. La campagne AOC permettra de confirmer si le point
triple Arabie-Inde-Somalie est de type RRR. La substitution d’un point triple RRF (ou FFR) par un point triple RRR
est peut-être la réponse mécanique de la lithosphère à des conditions cinématiques aux limites qui varient
sensiblement au cours du temps.
3 – Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre
o
Mesures acquises pendant la mission
Quatre types de données géophysiques ont été acquises en continu pendant la campagne :
- données bathymétriques multifaisceaux (sondeur Kongsberg-Simrad EM-120)
- données de sondeurs de sédiments (3.5 kHz) numériques (Kongsberg-Simrad SBP120)
- données magnétométriques avec capteur tracté (magnétomètre marin Thomson Sintra SMM II)
- données gravimétriques (gravimètre marin Bodenseewerk Geosystem KSS31)
o
Echantillons acquis pendant la mission : aucun
o
Traitements et analyses
- traitement des données de bathymétrie multifaisceaux (Caraibes + GMT)
- traitement des données du sondeur 3.5 kHz (Seismic Unix = SU)
- traitement des données magnétiques et gravimétriques, modélisation 2D (logiciels "maison")
- interprétation de l’ensemble des données
2
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4 – Principaux résultats obtenus
4.1. Réévaluation de la cinématique Arabie-Inde (Fournier et al., Nature Geoscience, 2008)
Figure 2.
La découverte d’une faille active en
terminaison sud de la ZFO lors de la campagne AOC a
permis de réévaluer la cinématique Arabie-Inde. La
faille, cartographiée sur environ 120 km, est rectiligne,
verticale, orientée N10°E, et recoupe la ride
topographique d’Owen en la décalant de manière
dextre de 12 ±1 km. La faille ne présente pas de
décalage vertical notable, elle est purement
décrochante dextre. Elle se termine au sud dans un
bassin en pull-apart bordé par des failles normales ~EO actives.
Trois jeux de données indépendants
(mesures GPS, mécanismes au foyer des séismes,
bathymétrie multifaisceaux) indiquent que la ZFO est
une frontière purement décrochante dextre qui suit un
petit cercle centré sur le pôle de rotation voisin. En
combinant toutes les données disponibles, la meilleure
estimation du mouvement actuel sur la ZFO est de
3 ±1 mm an-1.
Une extrapolation du taux de glissement
actuel restaurerait le déplacement total observé (10-12
km) en 3 à 6 millions d’années. Ce petit décalage
fournit donc la preuve que le système de faille actuel
s’est initié récemment à l’échelle des temps
géologiques (Pliocène).
Figure 3. Cinématique GPS Arabie-Inde. Les flèches bleues et rouges montrent respectivement les vitesses de plaques (solution
ITRF2005 avec stations GPS permanentes) dans le référentiel initial et dans le référentiel Inde fixe. Le pôle de rotation Arabie-Inde P1 a
été déterminé à partir des données GPS uniquement et le meilleur pôle P2 en prenant en compte aussi les séismes le long de la ZFO
(points rouges) et l’azimut de la faille décrochante active cartographiée pendant la campagne AOC. La ZFO est localisée sur un petit
cercle centré sur le pôle eulérien.
3
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4.2. Les points triples RRF sont-ils stables sur Terre ? (Fournier et al., Basin Research, 2008)
Figure 4. À l’échelle globale, on peut s’interroger sur la configuration stable des points triples RRF où, comme au point triple ArabieInde-Somalie (AOC), une frontière transformante se connecte à une dorsale ou à un système de dorsales. Dans le domaine
océanique, trois exemples de tels points triples sont connus actuellement : le point triple des Açores où la faille de Gloria (GF) se
branche sur la dorsale médio-Atlantique (MAR) par l’intermédiaire du rift de Terceira (TeR) ; le point triple Juan Fernandez où la
transformante du Chili (ChT) se connecte à la dorsale Est-Pacifique (EPR) au niveau de la microplaque Juan Fernandez (JF) ; et le
point triple AOC dans l’Océan Indien où la zone de fracture d’Owen (OFZ) rejoint le système de dorsales de Carlsberg (CaR) et de
Sheba (ShR). Dans ces trois exemples, le point triple RRF attendu n’existe pas parce que la frontière transformante évolue en
frontière divergente au voisinage du point triple.
Figure 5. Evolution en quatre stades du point triple AOC à partir des résultats de la campagne AOC. Le changement de
3
configuration de la frontière Arabie-Inde et l’initiation du bassin de Beautemps-Beaupré (B ) sont synchrones d’une réorganisation
cinématique régionale dans l’Océan Indien vers 10 Ma (chron 5). La configuration du point triple avant et après le changement de
géométrie est montrée avec le triangle de vitesse correspondant. La sismicité suggère qu’une nouvelle frontière de plaque se
développe actuellement à l’ouest du bassin de Beautemps-Beaupré. Dans un futur proche, un secteur plus important de la plaque
arabe pourrait être transféré à la plaque indienne. AR, plaque Arabie; IN, plaque Inde ; SO plaque Somalie.
4
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4.3. Propagation ultra-rapide de la dorsale de Sheba dans le continent africain (Fournier et al., 2010)
Figure 6. La dorsale océanique de Sheba s’est mise en place il y a 20 Ma dans le golfe d’Aden entre les plaques Arabie et Somalie.
Après avoir interprété les données magnétiques de la campagne AOC, toutes les données magnétiques disponibles dans le golfe
d’Aden et l’océan Indien nord-ouest ont été analysées pour étudier la pénétration de la dorsale de Sheba dans le continent africain
et établir un modèle cinématique haute définition de l’ouverture du golfe d’Aden. La carte du pointé des anomalies magnétiques
montre que (1) l’anomalie la plus ancienne identifiée dans le golfe d’Aden est l’anomalie 6 (19,7 Ma) dans la zone du point triple
AOC, et que (2) l’anomalie 5C (16 Ma) est identifiée dans la totalité du golfe d’Aden. L’accrétion s’est donc initiée il y a 20 Ma et s’est
poursuivie dans tout le golfe d’Aden depuis 16 Ma.
Figure 7. La carte de l’âge de la croûte océanique établie à partir des données magnétiques met en évidence la propagation ultrarapide de la dorsale de Sheba. La dorsale s’est propagée sur une distance de 1400 km en moins de 4 millions d’années entre 20 et
16 Ma à une vitesse moyenne supérieure à 35 cm/an (350 km/Ma). Cette vitesse de propagation est plus de dix fois supérieure à la
vitesse d’expansion océanique de la dorsale (2 cm/an). La propagation des dorsales océaniques est ultra-rapide et témoigne de
« crises tectoniques » qui font qu’en quelques millions d’années le visage de la Terre est profondément modifié.
5
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Tableau récapitulatif
Nombre
1
Publications d’articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées dans JCR (Journal
Citation Reports ) (ajouter des lignes si nécessaire)
Année n+1 :
Année n+2 :
2
Année n+3 :
Année n+4 :
1
Année n+5 :
Année n+6 :
Année n+7 :
Total
3
2
Publications dans d’autres revues ou ouvrages scientifiques faisant référence dans le domaine
3
Publications électroniques sur le réseau Internet
6
4
Publications sous forme de rapports techniques
2
5
Articles dans des revues ou journaux « grand public »
1
6
Communications dans des colloques internationaux
6
7
Communications dans des colloques nationaux
8
Nouvelles espèces (animales, végétales, microorganismes) décrites
9
Rapports de contrats (Union européenne, FAO, Convention, Collectivités …)
10
Applications (essais thérapeutiques ou cliniques, AMM …)
11
Brevets
12
Publications d’atlas (cartes, photos)
13
Documents vidéo-films
14
DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne
15
Thèses ayant utilisé les données de la campagne
16
18
Traitement des échantillons et des données
Si en cours, préciser et donner les échéances
Transmission au SISMER des données acquises avec les moyens communs du navire
(NB : cette transmission est systématique dans le cadre des navires gérés par Genavir)
Transmission au SISMER de données autres que celles acquises avec les moyens communs du navire
Transmission à d’autres banques de données
19
Transmission à d’autres équipes de données ou d’échantillons
17
terminé
Non
Non
Non
Oui
200
Considérez-vous la publication des résultats terminée ?
en cours
Si en cours, préciser et donner les échéances
Fournir pour chacune des rubriques en classant année par année :
Rubriques 1 à 7 incluses : liste des publications et colloques avec les noms d’auteurs suivant la présentation en vigueur pour les revues
scientifiques.
Rubriques 8 à 13 : Liste des références des rapports, des applications, des brevets, atlas ou documents vidéo
Rubriques 14 et 15 : Nom et Prénom des étudiants, Laboratoire d’accueil. Sujet du DEA ou MASTER 2 ou de la thèse, Date de soutenance
Rubriques 17 à 19 incluses : données transmises à des banques de données ou à des équipes auxquelles.
Rubrique 20 : Si la publication des résultats n’est pas terminée, pouvez-vous donner un échéancier ?
6
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Références
R1 - Références des publications d’articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées dans JCR
(vérifier dans la base « Journal Citation Reports » via « ISI Web of Knowledge » si les revues sont bien référencées) et
résumés des principales publications. (Les classer par années croissantes). Voir les résumés ci-joints.
1. Fournier, M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, O. Fabbri, P. Huchon, B. Maillot, and C. Lepvrier (2008), In-situ
evidence for dextral active motion at the Arabia-India plate boundary, Nature Geoscience, 1, 54-58,
doi:10.1038/ngeo.2007.24
2. Fournier, M., C. Petit, N. Chamot-Rooke, O. Fabbri, P. Huchon, B. Maillot, and C. Lepvrier (2008), Do ridgeridge-fault triple junctions exist on Earth? Evidence from the Aden-Owen-Carlsberg junction in the NW Indian
Ocean, Basin Research, 20, 575-590, doi: 10.1111/j.1365-2117.2008.00356.x
3. Fournier, M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, P. Huchon, A. Al-Kathiri, L. Audin, M.-O. Beslier, E. d’Acremont, O.
Fabbri, J.-M. Fleury, K. Khanbari, C. Lepvrier, S. Leroy, B. Maillot, and S. Merkouriev (2010), Arabia-Somalia
plate kinematics, evolution of the Aden-Owen-Carlsberg triple junction, and opening of the Gulf of Aden, J.
Geophys. Res., 115, B04102, doi:10.1029/2008JB006257
R2 – Références des publications parues dans d’autres revues ou des ouvrages scientifiques faisant référence dans la
discipline. (Les classer par années croissantes).
R3 – Références des publications électroniques sur le réseau Internet. (Les classer par années croissantes).
• Campagne océanographique AOC (2006)
www.insu.cnrs.fr/a1913
• Backstory of the AOC cruise: Plates under the sea (2008)
www.nature.com/ngeo/journal/v1/n1/full/ngeo.2007.58.html
• Press releases (2008)
www.nature.com/ngeo/press_releases/ngeo1207.html
• News and Views by C. DeMets (2008)
www.nature.com/ngeo/journal/v1/n1/full/ngeo.2007.56.html
• Owen, une frontière de plaque livre ses secrets (2008)
www.insu.cnrs.fr/a2418
• Propagation ultra-rapide de la dorsale de Sheba vers le point chaud des Afars (2010)
www.insu.cnrs.fr/a3450
R4 – Références des rapports techniques. (Les classer par années croissantes).
Demande de campagne (2005) : http://marc.fournier.free.free.fr/projects/AOC_project.pdf
Rapport de campagne (2006) : http://marc.fournier.free.free.fr/projects/AOC_report.pdf
R5 – Références des articles parus dans des revues ou des journaux « grand public ». (Les classer par années
croissantes).
Fournier, M., et N. Chamot-Rooke (2010), Naissance d’un océan, la dorsale de Sheba, Pour La Science, 390,
44-49.
R6 – Références des communications dans des colloques internationaux. (Les classer par années croissantes).
1. Fournier, M., N. Chamot-Rooke, O. Fabbri, P. Huchon, C. Lepvrier, B. Maillot and C. Petit, Geophysical survey of
the Arabia-India-Somalia triple junction: First results of the AOC cruise (Aden-Owen-Carlsberg) in the NW
Indian Ocean, EGU, Vienna, 2007.
2. Fournier, M., C. Petit, N. Chamot-Rooke, O. Fabbri, P. Huchon, B. Maillot and C. Lepvrier, Discovery of the
Beautemps-Beaupré Basin at the southern end of the Owen Fracture Zone, Symposium MEBE, Paris, 4-5
December, 2007.
3. Chamot-Rooke, N., M. Fournier, C. Petit, O. Fabbri, P. Huchon, C. Lepvrier and B. Maillot, Sheba Ridge’s
Oceanic Core Complexes, EGU, Vienna, 2008.
7
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4. Fournier, M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, P. Patriat, P. Huchon, O. Fabbri and B. Maillot, Kinematic evolution of
the Arabia-India-Somalia triple junction since 20 Ma from new magnetic data, EGU, Vienna, 2008.
5. Fournier, M., N. Chamot-Rooke, P. Patriat, C. Petit and P. Huchon, Arabia-Somalia plate kinematics and the
opening of the Gulf of Aden, EGU, Vienna, 2009.
6. Chamot-Rooke, N., M. Fournier, plate Tracking Arabia-India motion from Miocene to Present, American
Geophysical Union, Fall Meeting 2009.
R7 – Références des communications dans des colloques nationaux. (Les classer par années croissantes).
R8 – Références des nouvelles espèces (animales, végétales, microorganismes) décrites, lieux où sont déposés les
holotypes. (Les classer par années croissantes).
R9 – Références des rapports de contrats (Union européenne, FAO, Convention, Collectivités …). (Les classer par
années croissantes).
R10 – Liste des applications (essais thérapeutiques ou cliniques, AMM …). (Les classer par année).
R11 – Références des brevets. (Les classer par années croissantes).
R12 – Références des atlas (cartes, photos). (Les classer par années croissantes).
R13 – Liste des documents vidéo-films. (Les classer par années croissantes).
R14 – DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne (Nom et Prénom de l’étudiant, Laboratoire d’accueil.
Sujet du DEA ou MASTER, Date de soutenance)
R15 – Thèses ayant utilisé les données de la campagne (Nom et Prénom de l‘étudiant, Laboratoire d’accueil. Sujet de la
thèse, Date de soutenance)
R16 – Traitements des échantillons et des données en cours (types et échéances)
R1, R18 et R19 – Liste des données et échantillons transmis (Préciser les destinataires, SISMER, autres banques de
données, équipes scientifiques …)
R20 – Liste des résultats restant à publier – échéance
Chamot-Rooke, N., M. Rodriguez, M. Fournier and P. Huchon, Sheba Ridge’s Oceanic Core Complexes, to be
submitted to a Special Issue of Geochem. Geophys. Geosyst., 2012.
8
LETTERS
In situ evidence for dextral active motion at
the Arabia–India plate boundary
MARC FOURNIER1,2 *, NICOLAS CHAMOT-ROOKE1 , CAROLE PETIT2 , OLIVIER FABBRI3 ,
PHILIPPE HUCHON2 , BERTRAND MAILLOT4 AND CLAUDE LEPVRIER2
1
Laboratoire de Géologie, Ecole normale supérieure, CNRS, 24 rue Lhomond, 75005 Paris, France
Laboratoire de Tectonique, Université Pierre et Marie Curie-Paris 6, CNRS, UCP, Case 129, 4 place Jussieu, 75252 Paris, France
3
Département de Géosciences, Université de Franche-Comté, 16 route de Gray, 25030 Besançon, France
4
Laboratoire de Tectonique, Université de Cergy-Pontoise, CNRS, UPMC, 5 mail Gay-Lussac, Neuville/Oise, 95031 Cergy-Pontoise, France
* e-mail: [email protected]
2
Published online: 2 December 2007; doi:10.1038/ngeo.2007.24
The Arabia–India plate boundary—also called the Owen fracture
zone—is perhaps the least-known boundary among large
tectonic plates1–6 . Although it was identified early on as
an example of a transform fault converting the divergent
motion along the Carlsberg Ridge to convergent motion in the
Himalayas7 , its structure and rate of motion remains poorly
constrained. Here we present the first direct evidence for active
dextral strike-slip motion along this fault, based on seafloor
multibeam mapping of the Arabia–India–Somalia triple junction
in the northwest Indian Ocean. There is evidence for ∼12 km
of apparent strike-slip motion along the mapped segment of
the Owen fracture zone, which is terminated to the south
by a 50-km-wide pull-apart basin bounded by active faults.
By evaluating these new constraints within the context of
geodetic models of global plate motions, we determine a robust
angular velocity for the Arabian plate relative to the Indian
plate that predicts 2–4 mm yr−1 dextral motion along the Owen
fracture zone. This transform fault was probably initiated around
8 million years ago in response to a regional reorganization of
plate velocities and directions8–11 , which induced a change in
configuration of the triple junction. Infrequent earthquakes of
magnitude 7 and greater may occur along the Arabia–India plate
boundary, unless deformation is in the form of aseismic creep.
Physiographically, the Arabia–India plate boundary consists
of a curved and almost continuous topographic ridge called
the Owen Ridge12 (Fig. 1a). The Owen Ridge trends parallel
to, and is bounded on its eastern side by, the Owen fracture
zone (OFZ). From correlations of seismic profiles with Deep
Sea Drilling Project drillings, the uplift of the Owen Ridge was
dated as Early Miocene12 and was related to vertical motions
on its eastern bounding fault (hereafter referred to as the ‘old’
OFZ). The OFZ terminates northwards into the Dalrymple Trough.
Southwards, it connects with the Carlsberg and Sheba ridge system
at the Aden–Owen–Carlsberg (AOC) triple junction13 . Earthquake
focal mechanisms indicate dextral strike-slip motion3,4 : Arabia
is currently moving northward more rapidly than India with
respect to Eurasia. With a rate estimated as 2 mm yr−1 (refs 5,6),
the OFZ is one of the slowest plate boundaries on Earth. Space
geodesy models (GPS) have been unable to unambiguously detect
this slow motion so far, and conflicting solutions have been
proposed for the relative India–Arabia motion, with opposite senses
of slip along the OFZ14–18 . Two recent solutions predict dextral
shear with different amounts of extension16,17 (see Supplementary
Information, Table S1).
In October 2006, aboard the R/V Beautemps-Beaupré, we
mapped the AOC triple junction and the southern extremity of
the OFZ using a Kongsberg-Simrad EM120 deep-water multibeam
echo-sounder. Sea-bottom reflectivity coverage, magnetic, gravity
and sub-bottom (3.5 kHz) profiles were acquired simultaneously.
The survey aimed at elucidating the configuration of the plate
boundaries and the kinematic evolution of the triple junction.
We focus here on the southern extremity of the OFZ, where we
discovered a recently formed major active fault.
Multibeam sounding data show that the axial rift of the slowspreading Sheba Ridge is bounded by normal fault escarpments
(Fig. 1b). The rift valley deepens progressively toward the southeast,
where it connects to the Owen transform fault (OTF). The northern
boundary of the Somalia plate is thus well defined by the Sheba
Ridge and the OTF.
In contrast, the Arabia–India plate boundary is poorly
delineated. The OFZ is made up of a sinuous segment to the
south and a rectilinear segment to the north (Fig. 1b). The sinuous
segment corresponds to the seismically quiet segment of the OFZ
and does not show any evidence of active deformation on the
multibeam map or on 3.5 kHz profiles. It separates two oceanic
lithospheres of different ages and depths originated at the Carlsberg
and Sheba ridges, respectively, and may correspond to the fossil
trace of the OTF. The rectilinear segment of the OFZ consists of
an active strike-slip fault trending N10◦ E ± 3◦ , which cross-cuts
and offsets the southern extremity of the Owen Ridge (Fig. 2a).
The rectilinear trace of the fault indicates that the fault plane is
nearly vertical. Surprisingly, the active fault is not located at the foot
of the east-facing 2,000-m-high escarpment of the Owen Ridge,
as suggested by earlier seismic profiles12 , but almost on top of
it. There is no evidence of active deformation at the foot of the
escarpment and therefore the whole Arabia–India relative motion
seems currently accommodated along the active fault (however, the
active fault might reactivate an ancient fault zone at depth). The
fault shows a right-lateral apparent horizontal offset of 12 ± 1 km
and no noticeable vertical offset (Fig. 2b). To the south, the fault
nature geoscience ADVANCE ONLINE PUBLICATION www.nature.com/naturegeoscience
1
© 2007 Nature Publishing Group
Basin Research (2008) doi: 10.1111/j.1365-2117.2008.00356.x
Do ridge^ridge^fault triple junctions exist on Earth?
Evidence from the Aden^Owen^Carlsberg junction in
the NW Indian Ocean
M. Fournier, nw C. Petit,w N. Chamot-Rooke, n O. Fabbri,z P. Huchon,w B. Maillot‰
and C. Lepvrierw
n
Laboratoire de Ge¤ologie, CNRS, Ecole Normale Supe¤rieure, Paris, France
wLaboratoire deTectonique, CNRS, Universite¤ Pierre et Marie Curie-Paris 6, UCP, Paris, France
z De¤partement de Ge¤osciences, Universite¤ de Franche-Comte¤, Besancon, France
‰ Laboratoire deTectonique, CNRS, Universite¤ de Cergy-Pontoise, UPMC, Cergy-Pontoise
ABSTRACT
The triple junctions predicted to be ridge^ridge^fault (RRF) types on the basis of large- scale plate
motions are the Azores triple junction between the Gloria Fault and the Mid-Atlantic Ridge, the Juan
Fernandez triple junction between the ChileTransform and the East Paci¢c Rise and the Aden^
Owen^Carlsberg (AOC) triple junction between the Owen fracture zone (OFZ) and the Carlsberg and
Sheba ridges. In the ¢rst two cases, the expected RRF triple junction does not exist because the
transform fault arm of the triple junction has evolved into a divergent boundary before connecting
to the ridges. Here, we report the results of a marine geophysical survey of the AOC triple junction,
which took place in 2006 aboard the R/V Beautemps-Beaupre¤ .We show that a rift basin currently forms
at the southern end of the OFZ, indicating that a divergent plate boundary between Arabia and India
is developing at the triple junction.The connection of this boundary with the Carlsberg and Sheba
ridges is not clearly delineated and the triple junction presently corresponds to a widespread zone of
distributed deformation.The AOC triple junction appears to be in a transient stage between a former
triple junction of the ridge^fault^fault type and a future triple junction of the ridge^ridge^ridge
(RRR) type. Consequently, the known three examples of potential RRF triple junctions are actually
of the RRR type, and RRF triple junctions do not presently exist on Earth.
INTRODUCTION
Soon after the advent of plate tectonics, researchers have
noticed that there should be points where three plates
and their boundaries meet. McKenzie & Morgan (1969) explored the potential stability of such triple junctions by
predicting the evolutionary behaviour of plate boundaries
at the local scale based on the large- scale motions of the
plates. The velocity^ space representation of local velocities that they developed is still extremely useful in studying these junctions, although almost nowhere can the
triple junction evolution be predicted using their assumptions. Part of the problem lies in the assumption that oceanic ridges should spread symmetrically and orthogonally
to the ridge axis. Even at relatively simple triple junctions,
such as the ridge^ridge^ridge (RRR) Rodriguez triple
junction in the Indian Ocean, the ridges do not spread
orthogonally (Tapscott et al., 1980; Munschy & Schlich,
1989; Patriat & Parson,1989; Mitchell,1991; Mitchell & Par-
Correspondence: Marc Fournier, Laboratoire de Ge¤ ologie,
CNRS, Ecole Normale Supe¤ rieure, 24 rue Lhomond, 75005
Paris, France. E-mail: [email protected]
r 2008 The Authors. Journal compilation r 2008 Blackwell Publishing Ltd
son, 1993; Honsho et al., 1996). Another problem with the
velocity^ space diagram analysis has been that the type of
plate boundary at triple junctions is not predictable only
from the large- scale plate motions. In the Paci¢c, the Galapagos and Juan Fernandez junctions have both turned
out to contain microplates (Lonsdale, 1988; Larson et al.,
1992; Bird & Naar, 1994; Bird et al., 1998; Klein et al., 2005),
and in the Atlantic, the Azores and Bouvet junctions correspond to zones of distributed deformation where the
three-plate boundaries do not meet at a point (Sclater
et al., 1976; Searle, 1980; Luis et al., 1994; Ligi et al., 1997,
1999; Mitchell & Livermore, 1998; Fernandes et al., 2006).
Here, we investigate the potential stability of ridge^
ridge^fault (RRF) triple junctions where one transform
fault meets two spreading ridges.
In the oceanic domain, three active examples of RRF
triple junctions are known on Earth (Fig. 1): (1) the Azores
triple junction in the Atlantic Ocean, which connects the
Gloria transform fault and the Mid-Atlantic Ridge
(Searle, 1980; Argus et al., 1989), (2) the Juan Fernandez triple junction in the Paci¢c Ocean, which connects the Chile
Transform and the East Paci¢c Rise (Larson et al., 1992),
and (3) the Aden^Owen^Carslberg (AOC) triple junction
1
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JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 115, B04102, doi:10.1029/2008JB006257, 2010
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Article
Arabia‐Somalia plate kinematics, evolution of the Aden‐Owen‐
Carlsberg triple junction, and opening of the Gulf of Aden
Marc Fournier,1,2,3 Nicolas Chamot‐Rooke,3 Carole Petit,1,2 Philippe Huchon,1,2
Ali Al‐Kathiri,4 Laurence Audin,5 Marie‐Odile Beslier,6 Elia d’Acremont,1,2
Olivier Fabbri,7 Jean‐Marc Fleury,8 Khaled Khanbari,9 Claude Lepvrier,1,2
Sylvie Leroy,1,2 Bertrand Maillot,10 and Serge Merkouriev11
Received 17 December 2008; revised 29 September 2009; accepted 23 October 2009; published 15 April 2010.
[1] New geophysical data collected at the Aden‐Owen‐Carlsberg (AOC) triple junction
between the Arabia, India, and Somalia plates are combined with all available magnetic
data across the Gulf of Aden to determine the detailed Arabia‐Somalia plate kinematics
over the past 20 Myr. We reconstruct the history of opening of the Gulf of Aden,
including the penetration of the Sheba Ridge into the African continent and the evolution
of the triple junction since its formation. Magnetic data evidence three stages of ridge
propagation from east to west. Seafloor spreading initiated ∼20 Myr ago along a 200 km‐
long ridge portion located immediately west of the Owen fracture zone. A second 500 km‐
long ridge portion developed westward up to the Alula‐Fartak transform fault before
Chron 5D (17.5 Ma). Before Chron 5C (16.0 Ma), a third 700 km‐long ridge portion was
emplaced between the Alula‐Fartak transform fault and the western end of the Gulf of
Aden (45°E). Between 20 and 16 Ma, the Sheba Ridge propagated over a distance of
1400 km at an extremely fast average rate of 35 cm yr−1. The ridge propagation resulted
from the Arabia‐Somalia rigid plate rotation about a stationary pole. Since Chron 5C
(16.0 Ma), the spreading rate of the Sheba Ridge decreased first rapidly until 10 Ma and
then more slowly. The evolution of the AOC triple junction is marked by a change of
configuration around 10 Ma, with the formation of a new Arabia‐India plate boundary.
Part of the Arabian plate was then transferred to the Indian plate.
Citation: Fournier, M., et al. (2010), Arabia‐Somalia plate kinematics, evolution of the Aden‐Owen‐Carlsberg triple junction,
and opening of the Gulf of Aden, J. Geophys. Res., 115, B04102, doi:10.1029/2008JB006257.
1. Introduction
[2] The Arabian plate began to separate from Africa in
Oligocene times. Plate separation was initiated by continental rifting in the Gulf of Aden‐Red Sea rift system and
coincided with a strong magmatic surge in the Afar hot spot
1
iSTeP, UMR 7193, UPMC Université Paris 6, Paris, France.
iSTeP, UMR 7193, CNRS, Paris, France.
3
Laboratoire de Géologie, UMR 8538, Ecole Normale Supérieure,
CNRS, Paris, France.
4
Directorate of Minerals, Salalah, Sultanate of Oman.
5
IRD, Observatoire Midi‐Pyrénées, Toulouse, France.
6
Géosciences Azur, UMR 6526, Observatoire Océanologique, CNRS,
Villefranche‐sur‐mer, France.
7
Département de Géosciences, UMR 6249, Université de Franche‐
Comté, CNRS, Besançon, France.
8
Total E&P Angola, Luanda, Angola.
9
Yemen Remote Sensing and GIS Center, Sana’a University, Sana’a,
Yemen.
10
Département Géosciences Environnement, Université de Cergy‐
Pontoise, Cergy‐Pontoise, France.
11
Marine Geomagnetic Investigation Laboratory, SPbFIZMIRAN,
St. Petersburg, Russia.
2
Copyright 2010 by the American Geophysical Union.
0148‐0227/10/2008JB006257
region 30 Myr ago [Burke, 1996; Baker et al., 1996;
Hoffmann et al., 1997; Rochette et al., 1997; Ebinger and
Sleep, 1998; Ukstins et al., 2002]. The separation occurred
in the framework of closure of the Neo‐Tethys Ocean
subducting northeastward beneath Eurasia [Dercourt et al.,
1993; Stampfli and Borel, 2002; Agard et al., 2005], a
subduction still active today in the Makran region (Figure 1)
[Jacob and Quittmeyer, 1979; Vernant et al., 2004]. It is
generally admitted that the Africa plate fragmentation
resulted from the interplay between far‐field extensional
forces originated at the Neo‐Tethyan subduction zone (slab‐
pull gravitational forces) and the impingement of the Afar
mantle plume at the base of the African lithosphere [Bott,
1982; Malkin and Shemenda, 1991; Zeyen et al., 1997;
Courtillot et al., 1999; Jolivet and Faccenna, 2000;
Bellahsen et al., 2003]. Arabia was torn off of Africa and
driven northeastward by the Tethyan slab subducting
beneath Eurasia. Following rifting of the African lithosphere,
seafloor spreading initiated in early Miocene times in the
eastern Gulf of Aden along the nascent Sheba Ridge
[Laughton et al., 1970; Cochran, 1981]. The spreading ridge
propagated rapidly westward from the Owen fracture zone
toward the Afar hot spot [McKenzie et al., 1970; Courtillot,
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Discipline (sous-thème)
Géophysique
Entre l’Arabie et la Somalie,
une mer s’ouvre depuis
30 millions d’années.
Sa brève histoire géologique
révèle les phénomènes
marquants du début
d’une expansion océanique.
Marc Fournier
et Nicolas Chamot-Rooke
T
44] Géophysique
1. LE GOLFE D’ADEN, ici photographié depuis un satellite croi© NASA/Corbis
out au Sud de la péninsule Arabique,
il est une dorsale océanique qui, chez
les géologues, a rang de reine : la
dorsale de Saba ou plutôt, en arabe, de
Sheba. Cette cicatrice montagneuse au
fond du golfe d’Aden est un trésor géologique, car elle témoigne de façon unique
des premiers stades de l’ouverture d’un
océan. Nous verrons que cette chaîne volcanique sous-marine est née parce que
l’Afrique se déchirait. Puis, qu’une fois
apparue, elle s’est très vite propagée
vers le point chaud des Afars, au Nord de
l’Éthiopie, qui l’a attirée.
La Terre est couverte de cicatrices qui
délimitent les plaques tectoniques dont
est formée l’écorce terrestre. Lorsqu’elles
convergent, ces plaques s’affrontent en formant des chaînes de montagnes ou se chevauchent dans les grandes fosses sousmarines. Lorsqu’elles s’écartent l’une de
l’autre, naissent les dorsales qui, comme
leur nom l’indique, forment la « colonne
vertébrale » des océans.
La dorsale de Sheba ne fait pas exception: elle est la colonne vertébrale du jeune
océan qui s’ouvre dans le golfe d’Aden.
Comme chaque fois qu’un océan naît, l’ouverture de ce golfe s’est produite en deux
étapes géologiques fondamentales : l’étirement du continent (ici l’Afrique), nommé
rifting par les géologues, puis l’apparition
de la dorsale.
Le développement de la dorsale de
Sheba est lié à la séparation de la plaque
arabe ; une séparation qui s’est déroulée
sant au-dessus de la péninsule Arabique, s’ouvre telle une paire de
ciseaux pour donner naissance à un nouvel océan. Son plancher
océanique est produit en continu depuis environ 20 millions d’années par la dorsale de Sheba, une longue cicatrice volcanique.
© Pour la Science - n° 390 - Avril 2010