Iran : découverte des traces d'un système volcanique vieux de 100 millions d'années

Pendant des millions d'années, les déformations tectoniques, l'érosion, l'accumulation de sédiments et des épisodes magmatiques plus récents ont progressivement masqué les traces de cet ancien système.

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par Ali Mohammadi et ses collaborateurs, a identifié les vestiges d'un arc magmatique continental jusqu'alors méconnu, nommé Azerbaijan Continental Magmatic Arc (arc magmatique continental d'Azerbaïdjan).

Leurs résultats, publiés dans la revue scientifique Geoscience Frontiers, suggèrent que cet arc s'est développé au cours du Crétacé supérieur, dans un contexte de subduction associé à l'ancien océan Néotéthys.

Cette découverte apporte une nouvelle pièce au puzzle de l'histoire géologique de la zone de convergence entre les plaques arabique et eurasiatique.

Parmi ces roches figurent des gabbros et des granodiorites, dont certaines ont été datées entre environ 101 et 97 millions d'années.

Ces âges situent leur formation à la transition entre le Crétacé inférieur et le Crétacé supérieur, ainsi qu'au début du Crétacé supérieur.

Mais comment peut-on déterminer l'âge de roches aussi anciennes ?

Les scientifiques ont notamment utilisé la datation uranium-plomb (U-Pb) sur des cristaux de zircon. Ce minéral, présent dans de nombreuses roches magmatiques, incorpore de l'uranium lors de sa cristallisation, tout en intégrant généralement très peu de plomb initial.

Au cours du temps, certains isotopes de l'uranium se désintègrent en isotopes du plomb à des vitesses connues.

En mesurant les rapports isotopiques, les géologues peuvent déterminer l'âge de cristallisation des zircons, sous réserve d'interpréter correctement leur histoire géologique.

Les résultats ont été complétés par des analyses isotopiques de l'hafnium (Hf) et par l'étude de la composition chimique des roches.

Ces approches complémentaires permettent de reconstituer non seulement la chronologie du magmatisme, mais également les caractéristiques des sources qui ont contribué à produire les magmas.

Ce phénomène s'appelle la subduction.

Lorsqu'une plaque océanique plonge dans le manteau terrestre, elle entraîne avec elle des minéraux et des matériaux contenant de l'eau.

À mesure que la plaque s'enfonce, certaines réactions métamorphiques libèrent des fluides.

Ces fluides remontent dans le manteau situé au-dessus de la plaque plongeante et favorisent la fusion partielle des roches en abaissant leur température de fusion.

Les magmas produits peuvent ensuite remonter à travers la croûte continentale.

Une partie cristallise en profondeur pour former des roches plutoniques, tandis qu'une autre peut atteindre la surface et alimenter une activité volcanique.

Illustration proposée — Formation d'un arc magmatique continental.La subduction d'une plaque océanique favorise la production de magmas sous la plaque chevauchante.

Dans le cas étudié en Iran, les signatures géochimiques observées dans les roches sont compatibles avec un magmatisme d'arc lié à une subduction ancienne.

L'équipe propose ainsi l'existence d'un système magmatique distinct des grandes ceintures régionales déjà connues.

Pour les interpréter, les géologues analysent notamment les concentrations en éléments majeurs et en éléments traces.

Dans cette étude, plusieurs caractéristiques chimiques sont compatibles avec une origine liée à un contexte de subduction.

Les chercheurs ont également étudié les isotopes de l'hafnium contenus dans les zircons.

Leurs résultats suggèrent que les magmas ont reçu des contributions variables provenant du manteau terrestre et de matériaux crustaux plus anciens.

L'étude met en évidence une évolution depuis des compositions tholéiitiques relativement juvéniles vers des compositions plus enrichies, notamment de tendance shoshonitique.

Cette transformation pourrait traduire une évolution des sources magmatiques et une interaction croissante avec la croûte continentale au cours du développement de l'arc.

Autrement dit, les roches analysées permettent de retracer plusieurs étapes de l'évolution de ce système magmatique aujourd'hui largement effacé.

Sa fermeture progressive, sous l'effet des mouvements des plaques tectoniques, a profondément transformé la géographie et la structure géologique du Moyen-Orient et d'une grande partie de l'Asie occidentale.

Cette évolution s'est accompagnée de phénomènes de subduction, de magmatisme, de déformation et, à différentes périodes, de collisions continentales.

Jusqu'à présent, les reconstructions de l'histoire magmatique de l'Iran reposaient notamment sur l'étude des grandes ceintures de Sanandaj–Sirjan et d'Urumieh–Dokhtar.

L'identification de l'arc magmatique continental d'Azerbaïdjan suggère l'existence d'un épisode supplémentaire, distinct, au cours du Crétacé supérieur.

Les chercheurs s'intéressent particulièrement à une importante zone de failles reliant les secteurs de Siah Cheshmeh, Khoy, Misho et Tabriz.

Ils proposent que cette structure ait pu jouer un rôle majeur dans l'évolution tectonique régionale et qu'elle corresponde à une limite tectonique ancienne, aujourd'hui difficile à reconnaître.

L'étude évoque également un possible phénomène de slab rollback, ou retrait de la plaque plongeante : un déplacement de la zone de subduction susceptible de favoriser la migration d'arcs magmatiques et la réorganisation des bassins associés.

Ces interprétations contribuent à affiner les modèles tectoniques régionaux, mais elles devront être confrontées à d'autres observations géologiques.

Au fil des dizaines de millions d'années, plusieurs processus peuvent en modifier profondément l'organisation :

Cette activité a contribué à compliquer la reconnaissance des roches et des structures associées à l'arc crétacé.

L'analyse combinée de la géochronologie, de la géochimie et de la géologie structurale a ainsi permis de distinguer plusieurs épisodes magmatiques qui s'étaient superposés au cours du temps.

Elle montre comment des roches parfois dispersées peuvent révéler l'existence d'une structure géologique majeure disparue en tant qu'ensemble continu.

Elle apporte aussi de nouvelles contraintes pour comprendre :

Une région peut ainsi conserver les traces de plusieurs épisodes tectoniques et magmatiques successifs, parfois séparés par plusieurs dizaines de millions d'années.

L'identification de cet arc magmatique continental, actif il y a environ 101 à 97 millions d'années, permet de mieux comprendre la complexité de l'évolution de la Néotéthys et de la région de convergence entre l'Arabie et l'Eurasie.

Cette découverte rappelle que les paysages actuels ne représentent que la dernière étape d'une histoire géologique beaucoup plus ancienne.

Sous les montagnes, les bassins sédimentaires et les grandes failles peuvent subsister les vestiges d'anciens océans et de systèmes volcaniques aujourd'hui disparus.