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Chapitre 3
Les points chauds du Pacique
Seul l'elephant est irrefutable
Alexandre Vialatte
Sommaire
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.1 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 Resume francais de \How many Pacic hotspots are fed by a
mantle plume ? " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
50
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
.
.
.
.
.
52
52
53
58
62
3.3.1 P^oles de rotation absolus de la plaque pacique . . . . . . . . .
3.3.2 Rajeunissement du volcanisme . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3 Les hypotheses concernant le volcanisme polynesien . . . . . .
64
67
69
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ? . . . 52
Abstract . . . . . .
Introduction . . .
Data and method .
Hotspot tracks . .
Conclusion . . . .
.
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3.3 Complements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
L'etude presentee dans ce chapitre a donne lieu a une publication soumise a Tectonophysics. Apres un resume etendu en francais, ce chapitre reproduit le manuscrit soumis,
et nit par des calculs complementaires.
50
Les points chauds du Pacique
3.1 Introduction
3.1.1 Objectifs
An de mieux comprendre le lien genetique entre les plateaux oceaniques et les
alignements volcaniques dans le Pacique, nous allons presenter une reconstruction geometrique de l'ensemble des traces des points chauds. L'un des objectifs de ce chapitre est
de proposer une synthese a l'echelle de la plaque Pacique qui permettra d'associer
alignements de monts sous-marins et points chauds, en tenant compte de criteres spatiaux
et temporels.
La decroissance des ^ages des edices dans le sens oppose a celui du deplacement de
la plaque a permis de relier une partie des alignements du Pacique au passage de la
plaque au dessus de points chauds (e.g. Dalrymple et al., 1987; Duncan et Clague, 1985;
Duncan, 1985; Duncan et McDougall, 1976). Nous avons realise une synthese des ^ages
radiometriques des monts sous-marins et ^les de la plaque Pacique an de contraindre
les associations entre alignements et points chauds. Cette synthese est reportee en Annexe
A. Les plateaux oceaniques peuvent, quant a eux, ^etre consideres comme le resultat
de l'arrivee a la surface de la t^ete d'un panache mantellique profond (Richards et al.,
1989, 1991; Mahoney et Spencer, 1991), bien que leur localisation, souvent voisine d'un
point triple au moment de leur formation, puisse suggerer du volcanisme en exces lie aux
frontieres de plaques (Winterer, 1976; Mahoney, 1987; Anderson, 1994). La localisation
et les a^ges des plateaux oceaniques sont reportes Figure 3.1.
Il est frequent dans des articles ayant pour theme un ou quelques monts sous-marins,
de voir relier les monts etudies dont l'^age est connu, avec un point chaud actif. C'est
notamment le cas a propos des monts sous-marins du Pacique nord-ouest. Or il semble
injustie de conclure ainsi a la formation d'un mont par un point chaud, car cela ne
verie pas forcement le critere de continuite de l'activite volcanique d'un point chaud, ni
ne prend en compte la direction de l'alignement du reste de la cha^ne auquel appartient
le mont, par rapport au mouvement absolu de la plaque au moment de sa formation.
3.1.2 Resume francais de \How many Pacic hotspots are fed by a
mantle plume ? "
Quand Morgan (1972) proposa la theorie des panaches mantelliques profonds, il
supposa qu'il y avait environ 20 points chauds a la surface du globe, dont 4 se situaient sur
la plaque Pacique. Mais la plus grande partie de ce volcanisme ne semble pas provenir
d'un panache mantellique, si l'on se refere a la denition classique du volcanisme type point
chaud qui produit, dans sa phase initiale, un plateau oceanique, puis donne naissance a
des cha^nes volcaniques lineaires lorsque la plaque se deplace au dessus. Pour parvenir
a cette conclusion, nous avons essaye d'etablir combien d'alignements de monts sous-
3.1 Introduction
51
marins appartenant a la plaque Pacique correspondaient a des points chauds persistants
ayant produit des plateaux oceaniques et pouvaient ainsi ^etre consideres comme de vrais
points chauds. Pour cela, nous reconstituons la trace des 14 points chauds de la plaque
Pacique, en utilisant : (i) les p^oles de rotation absolus representant les deplacements de
la plaque Pacique depuis 145 Ma ; (ii) une compilation actualisee des ^ages radiometriques
des monts sous-marins et des plateaux oceaniques totalisant 231 monts ou ^les ; (iii) la
bathymetrie detaillee de l'ocean Pacique ; (iv) la position actuelle des points chauds.
Cette analyse nous permet de distinguer seulement 3 points chauds dont le debut de la
trace correspond probablement dans l'espace et dans le temps avec un plateau oceanique :
P^aques avec les Mid Pacic Mountains, Louisville avec le plateau d'Ontong Java et, avec
moins de certitude, le point chaud des Marquises avec Hess Rise et Shatsky Ridge. Avec
le point chaud d'Hawai'i qui presente du volcanisme qui perdure, cela conduit a 4 \vrais
points chauds". D'un autre c^ote, 7 \faux" points chauds presentent des traces courtes (
45 Ma) qui ne peuvent pas ^etre reliees a un plateau oceanique, et ainsi a un phenomene
mantellique profond : Fondation, Macdonald, Pitcairn, Rarotonga, Rurutu, Samoa et la
Societe. Les deux points chauds du Pacic nord-est, Kodiak-Bowie et Cobb, et le point
chaud de Caroline ne sont pas classables.
<
52
Les points chauds du Pacique
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle
plume ?, Clouard et Bonneville, Tectonophysics,
soumis
3.2.1 Abstract
When Morgan (1972) proposed the deep mantle plume theory, he
supposed that there were approximately 20 hotspots worldwide, among
which 4 were on the Pacic plate ; now, 14 hotspots are usually considered on
the Pacic plate. But most of this volcanism does not seem to originate from
a mantle plume, if we refer to the classical denition of hotspot volcanism
that produces, in its initial stage, oceanic basaltic plateaus and then gives
birth to linear volcanic chains, as the plate drifts over it. To reach this
conclusion, we tried to establish how many of the seamount alignments on
the Pacic Plate correspond to long-lived hotspots linked to oceanic basaltic
plateaus and thus could be considered as true hotspots. For that, we retrace
the track of the 14 Pacic hotspots, using : (i) the absolute stage poles
representing the Pacic plate absolute motion since 145 Ma ; (ii) an updated
compilation of radiometric ages of seamounts and oceanic plateaus totaling
231 seamounts or islands ; (iii) the detailed bathymetry of the Pacic Ocean ;
(iv) the present location of hotspots.
This analysis allows us to distinguish only 3 hotspots with the beginning
of their track possibly corresponding in space and time to an oceanic
plateau : Easter to eastern Mid Pacic Mountains, Louisville to Ontong
Java plateau and, with less condence, a third one, Marquesas associated
to Hess Rise and Shatsky Ridge. In addition with Hawaii hotspot which
experienced a long-lived volcanism, it leads to 4 "true" hotspots. On another
hand, 7 "non true" hotspots present short tracks ( 45 My) which cannot
be related to an oceanic plateau and thus to any deep mantle phenomena :
Foundation, Macdonald, Pitcairn, Rarotonga, Rurutu, Samoa and Society.
The two NorthEast Pacic hotspots, Kodiak-Bowie and Cobb, and the
Caroline hotspot are unclassiable.
<
3.2.2 Introduction
With the fracture-zones, transform faults and swells, voluminous oceanic plateaus
and linear volcanic chains are the main morphological features of the Pacic plate (Figure
3.1). Oceanic plateaus and oceanic ood basalts are thick layers of basalt, generated near
or at oceanic spreading centers but not due to "normal" seaoor spreading (Con et
Eldholm, 1994). They have been formed by extensive and voluminous volcanism over a
short period of time (Richards et al., 1989). Their chemical characteristics are those
of enriched MORB, and their isotopic analysis show oceanic island anities (Mahoney,
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
53
1987). Oceanic plateaus and intraplate volcanic chains have been both related to hotspot
theory (Morgan, 1971; Richards et al., 1989). Morgan (1971) rst thought these ood
basalt to be the result of the arrival of a mantle plume head under the lithosphere.
Several experimental or numerical models have developed this idea (e.g. Griths et
Campbell (1990)). Griths et Campbell (1990) assumed that the source of the plume
is at the thermal, possibly chemical boundary layer, the D" layer just above the coremantle boundary (CMB). As the plume rises, it develops a large head by entrainment
that can reach more than 1000 km in diameter after impingement against the lithosphere.
Then, over a short period of time, it produces extensive volcanism and the tail of the plume
continues to produce linear volcanic chains McDougall et Duncan (1980) for millions years
as the plate drifts over the xed plume.
On the Pacic plate, between 30S and 50N, 10 oceanic plateaus have been recognized
so far (Figure 3.1) : East Mariana Basin (Abrams et al., 1993), Hess Rise (Nemoto et
Kroenke, 1981), Magellan Rise (Tamaki et Larson, 1988), Manihiki Plateau (Winterer
et al., 1974), Mid-Pacic Mountains (Kroenke et al., 1985), Nauru Basin (Shipley et al.,
1993), Ontong Java Plateau (Tarduno et al., 1991), Pigafetta Basin (Abrams et al., 1993),
Shatsky Rise (Sager et Han, 1993) and Tuamotu Plateau (Ito et al., 1995). However recent
works indicate that East Mariana Basin and East Nauru Basin (and western central Pacic
basin) are chemically homogeneous and adjacent provinces (Castillo et al., 1994), so they
almost denitely are a single LIP probably related to Ontong Java Plateau (Castillo et al.,
1994) and data from ODP site 800 and 801 (Pringle, 1992; Castillo et al., 1992) do not
provide real evidence for an extensive oceanic ood basalt province in the Pigafetta Basin.
On the other hand, plume location have been inferred from present-day active hotspot
volcanism or from young volcanic seamounts or islands. Using this approach, 14 hotspots
are usually identied on the Pacic plate (Table 3.1 and Figure 3.1).
Our goal is to check how many of these so-called hotspots are linked to old ood
basalt features or presented long-lived trail and thus are candidates as plume fed hotspots.
We have to note that this condition although necessary is not sucient, since transient
events associated with plate reorganization or new ridges or triple junctions can give large
volume of basalt, and "tracks" may be propagating fractures or leaky transform faults
(Anderson, 1998a). For this, we have reconstructed the dierent hotspot tracks using four
dierent updated data sources : a detailed bathymetric map of the Pacic Ocean, the ages
of seamounts and oceanic plateaus, the known active hotspot locations and stage poles
for plate motion in the hotspot reference frame.
3.2.3 Data and method
Linear volcanic chains, parallel to the absolute motion of the plate when they were
created, are supposed to be the trace of a hotspot on the seaoor. To identify such
seamount alignments, and therefore the hotspot tracks, we need rst a complete knowledge
of the seaoor topography. The bathymetric data set that we used is the compilation of
54
Les points chauds du Pacique
60N 140E
160E
180W
120W
140W
160W
100W 60N
2320
14 4
2927 25 18
142.8
17
23
5.8 0.2
21
8 7 4.4
6.9 1.6
3.3 3.2
Kodiak Bowie
50N
64
77
40N
80
102
101108
108103
93
79
91 120
Shatsky
145
Ridge
30N
20N
10N
78
126
119 95
100 74
Cobb
56
71
50N
110
55
55
48
97
39
89
43 42
38 93
38
85 20
27
86
40N
Hess Ridge 95
101
87 96
90
127
94
89 88
86
84
65 82
75 74
19
78 83
26
1210 782 80
5.11.8
82
1.0 1.3
0.4
88
87
93
84 82
86
82
30N
68 123
Mid
Pacific
Mountains
98
101
Pigafetta
89
85
Basin82 82
Hawaii
East Mariana
85
138
84
117
8275
Basin Nauru87
78
50
Magellan
5.2
10
113
85
Basin
Caroline
122
Ontong Java
Plateau
122 1.4
91
0
118
Rise
69
35
59
Samoa
0
Manihiki 7170
Plateau
118
Society
47
3.7
36
5.4
1310
1.6
2.5 1.2
Rarotonga
20S
10N
39
76
135
122
10S
20N
66
5.5 3.8
2.8 2.1
1.6
0.5
Marquesas
4.3
2.3 1.5
1.28 43
0.4
12 5.5 35
10
12
1.5 19
9 0.8 6.5
9
9
5.1 35
4.5
30 27
39 3.8
27
20S
5.8
0.7
Rurutu
68
61
7
2.7
0.3
2.4 0.1 1.7
9
Easter
30S
21 1613
12
9
9
1213
8 5
53
44
45
Foundation
35
40S
8
Pitcairn
Mc Donald
30S
10S
40S
12
0.5
50S
50S
Louisville
60S
140E
160E
180W
160W
140W
120W
depth
-6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0
100W
60S
(meters)
3.1 { Location and age of seamounts and islands on the bathymetric map of the
Pacic plate resulting from a compilation of ship-sounding data and predicted values from
altimetry made by Smith et Sandwell (1994). An equal area Hammer projection is used
and the color scale used for bathymetry is at the bottom of the map. The names of the
14 hotspots usually considered on the Pacic Plate are in white and ood basalt plateau
names are in yellow. Present hotspot locations are indicated by white disks, a black star
inside the disk indicates a recent observed activity. The black numbers are the ages in Ma
of the volcanic features considered in this study.
Fig.
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
Tab.
Name
3.1 { Pacic plate hotspot.
Recent
activity (My)
Caroline
1.2
Cobb
0.12
Easter
8.0
Foundation
1
Hawaii
0
Kodiak-Bowie 0.02
Louisville
0.5 ou 12.5
Marquisas
0.5
Long. E
(deg.)
164.0
230.0
245.0
242.00
204.7
225.00
221.0
223.0
Lat.
(deg.)
5.0 N
46.0 S
26.5 S
36.0 S
18.9 N
53.0 N
50.8 S
11.2 S
Macdonald
Pitcairn
Rurutu
Samoa
Society
Rarotonga
219.7
230.6
208.7
190.5
211.5
201.0
29.0 S
25.3 S
23.5 S
14.3 S
18.2 S
21.5 S
<
0
0
0.6
0
0
1.1
55
Life time duration or
associated oceanic plateau if any
Subducted track after 30 My
Subducted track after 30 My
East MPM at 140 Ma
30 My at least
Subducted track after 75 My
Subducted track after 30 My
East OJP at 125 Ma
Hess Rise at 110 Ma
Shatsky Ridge at 145 Ma
22 My
Maximum 36 My
East Mariana Basin at 117 My ?
13.5 My
4.5 My
1.1 My
Ref.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(2)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(10)
(1)Keating et al. (1984); (2) Duncan et Clague (1985); (3) Bonatti et al. (1977); (4) Mammerickx
(1992) ; (5) Morgan (1972) ; (6) Hawkins et al. (1987); (7) Duncan et McDougall (1974) ; (8) Norris et
Johnson (1969); (9) Binard et al. (1992); (10) Turner et Jarrard (1982); (11) Natland et Turner
(1985); (12) Talandier et Okal (1984a)
ship-sounding data and predicted values from altimetry made by (Smith et Sandwell,
1994). With such a data set, we are sure that no seamounts with diameter greater than
15 km have been missed.
In addition to the bathymetry, the strongest constraint to link a seamount to a
presumed hotspot is its age. We have built our seamount age compilation from numerous
papers (Clouard et Bonneville, 1998) and the corresponding database can be obtained
at URL http :nn
n n . Paleomagnetic ages obtained from
seamount magnetism have not been considered because of their uncertainties. We also
do not consider foraminifer dates that only give minimum ages of seamounts. Only
radiometric ages are thus considered, and Ar/Ar ages are preferred over K/Ar, when
both exist at the same place. When several ages volcanic stages separated by less than
1 My exist for the same seamount or island, for example in the Society islands, we
consider the average age. The data set is nally composed of 231 ages on seamounts,
islands and plateaus (Figure 3.1). Age data are very sparse over the Pacic plate and
obviously concentrated on a few seamount alignments. One can note that almost no
dating is available in the central Pacic region (e.g. Marshall-Gilbert-Ellice alignment).
www:ipgp:j ussieu:f r U F P
data
Fourteen hotspots are usually considered on the Pacic plate. Their present locations
56
Les points chauds du Pacique
3.2 { Pacic motion stage poles.
Interval (My) Opening (deg.) Color on Reference
(My)
(deg.)
Figure 3.3
145-125
-9.8
Green
(1)
125-110
-8.3
Yellow

110-100
-7.4
Red

100-74
13.4
Black
(2)
74-65
7.5
Green
(3)
65-54.2
6.1
Yellow
(1)
54.2-43.1
6.8
Red

43.1-19.9
14.4
Black

19.9-15.1
4.0
Green

15.1-7.0
8.73
Yellow

7.0-0.0
7.0
Red
this study
1995-1197 (GPS)
0.63/My
(4)
Tab.
Long. E
(deg.)
218.63
145.17
184.40
319.50
265.00
248.59
261.79
297.52
353.10
272.50
276.00
255.00
Lat.
(deg.)
3.44 S
18.08 S
50.80 S
18.90 N
22.00 N
9.67 N
16.19 N
57.17 N
67.26 N
71.0 N
66.00 N
62.40
(1)Wessel et Kroenke (1997); (2) Yan et Kroenke (1993); (3) Duncan et Clague (1985); (4) Tregoning
et al. (1998)
are reported in Table 3.1 with the age of their most recent volcanic activity. Hawaii,
Society, Macdonald, Pitcairn are active with in situ observations of their volcanism.
Historic underwater activity happened in Ta'u, Samoan Islands. All the other hotspots
have experienced activity within the last million years : Caroline, Cobb, Kodiak-Bowie,
Easter, Louisville, Foundation, Rarotonga, Rurutu, and Marquesas. We inferred their zero
age location by classical backtracking from the last dated volcanic event (Figure 3.1).
To reconstruct the apparent path followed by a hotspot on the seaoor, we need to
move the Pacic plate back in time using stage poles. For doing that, we used the data set
proposed by Wessel et Kroenke (1997). These stage poles represent motion of the Pacic
plate relative to some hotspots since 145 Ma, obtained in the hotspot reference frame. It
represents the most updated synthesis. However, the last proposed pole for the interval
0-3 My, is questionable. Wessel et Kroenke (1997) consider that the recent southeast trend
of the Hawaiian track is representative of the global Pacic plate motion since 3 My, but
the corresponding stage pole leads to important mists on all the other volcanic tracks.
We think like others (e.g. Aslanian et al. (1998)) that this recent trend represents only a
local eect of crustal features. Therefore we computed a pole based on Society, Macdonald,
Foundation, Pitcairn and Louisville (Eltanin FZ trend) hotspot trends over the last 7 My,
a period where volcanism ages are well documented. Even though we can not completely
ignore that these trends could also be due to structural eects, it is unlikely that this
eect would play in this some way for all of them. The resulting pole is located at 66 N
and 84W (Figure 3.2). It can be compared to a recent study using GPS data over a
two-year survey (Tregoning et al., 1998). This study provides a pole very close to ours
and conrms roughly the validity of our stage pole choice. Finally, the stage poles we have
used are summarized in the Table 3.2.
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
57
90 N
irn
ca
Pit
ral
60 N
60 N
st
Au
30 N
n
270 E
0
Foundati
o
Soc
iety
Loui
sville
30 N
0
30 S
30 S
60 S
60 S
90 S
3.2 { Pacic plate absolute motion between 7 Ma and 0 Ma : determination of
the stage pole. The perpendicular (colored great circles) to the middle of volcanic chains
segments (black lines) delimited by young dated seamounts is computed and drawn for
Society, Austral, Pitcairn, Foundation and Louisville chains. The best pole is the one that
minimizes the angle between these perpendiculars and lines drawn from the pole to the
middle of the above segments. Our best result is represented by a black star, the stage pole
for the 7-15 Ma period (also the 3-15 Ma pole of Wessel et Kroenke (1997)) by a black
circle, the GPS pole of Tregoning et al. (1998) by a triangle, and the 0-3 Ma pole of
Wessel et Kroenke (1997) by an inverse triangle.
Fig.
58
Les points chauds du Pacique
3.2.4 Hotspot tracks
With the chosen set of hotspot frame stage poles, the backtracks are determined over
the last 145 My for the 14 hotspots and the results are represented on Figure 3.3. Although
our aim is to link hotspots with oceanic plateaus, hotspots whose tracks disappear at a
subduction zone usually cannot be so linked. This is the case for Louisville, Emperor,
Kodiak-Bowie, Cobb, and Caroline hotspots. On account on the unusual geometry of the
Tonga trench, the inferred extrapolation of the Louisville hotspot track can be studied
before 100 Ma on the Pacic plate. The track of the Hawaiian hotspot, if it is assumed to
be part of Emperor, disappears in the Aleutian subduction zone, but since it is used as
a reference for the determination of absolute plate motion with its continuous volcanism
along the last 65 Ma, it will be considered as a true hotspot in the present study. Thus,
only the Northeast Pacic hotspots and Caroline hotspot will not be classied. For the
10 remaining hotspots, the path of track is compared to the seaoor topography and the
predicted age along the track is compared to the actual radiometric ages of the seamounts.
When the shift between predicted and radiometric ages is less than 5 My for a feature
older than 20 Ma, we conclude that the hotspot has generated this feature.
Easter
Easter hotspot is one of the most puzzling hotspots of the Pacic plate because of its
uncertain location. Its name comes from its initial assumed location (the easternmost
white disk on Figure 3.3) beneath Easter Island (Morgan, 1972). Present volcanism
appears on both sides of the East Pacic Rise (EPR), simultaneously and in several
locations. Bonatti et al. (1977) rst suggested that rather than numerous hotspots, there
was a mantle hotline, corresponding to mantle convecting rolls with their axes parallel to
plate motion. But recently, O'Connor et al. (1995), using new Ar/Ar ages, support the
idea of a hotspot on the Eastern side of the EPR, rather than hotline for the Nazca part of
the Easter Chain, from Sala y Gomez to the Nazca Ridge. On the western side of the EPR,
to account for the bathymetry from the Tuamotu Islands to Easter microplate, we located
Easter hotspot westward of the EPR, but in fact these features are on a long transform
like feature on the Southern end of the easter microplate. The construction of the track
shows that it could have generated Tuamotu Islands and part of the Line Islands, south
of the equator. Epp (1984) pointed out that these chains could be the result of a hotspot
interacting with a ridge, west of the EPR. An 8 My old seamount (O'Connor et al., 1995)
is a strong constraint as well as Cretaceous ages on the western part of the Tuamotu.
The origin of the track ts with the eastern part of the Mid-Pacic Mountains (MPM).
MPM are composed of guyots overlying a broad plateau (Kroenke et al., 1985). Morgan
(1972) supposed that MPM were the continuation of the Line-Tuamotu alignment. A
connection with the western Easter hotspot leads to the same conclusion. According to
our reconstruction, Tuamotu Plateau is not the end of the track. It is in good agreement
with Ito et al's interpretation (Ito et al., 1995), who suggested than this plateau is not a
typical oceanic plateau related to a hotspot close to a ridge, but is merely due to the Easter
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
59
hotspot interacting with the inner pseudofault of a propagating rift of the Pacic-Farallon
spreading center.
Marquesas
Marquesas hotspot has created Marquesas Islands between 1.3 and 8.8 Ma (Duncan
et McDougall, 1974). A radiometric age of 0.5 Ma exists in the south of the archipelago
(Desonie et al., 1993), and provides a strong constraint on the most recent hotspot
location. The predicted trend of the track disagrees with the observed volcanic alignment
direction and there are almost no seamounts along that trend. However, if we consider a
control by en-echelon fractures oblique on the regional trend, there is no longer contradiction. On another hand, the Line Islands between 5 and 15N, exhibit dates (Saito et
Ozima, 1977) that could agree with a creation by Marquesas hotspot. Since there is no
obvious link between the northern end of the Marquesas Chain and the southern end
Line Islands chain, one must imagine an interruption in the hotspot life to support the
hypothesis of an unique hotspot for both alignments that would be responsible of the
central and northern parts of the Line Islands. From the north of Hawaiian chain and to
the north of Hess Ridge, the track ts with the Liliuokalani Ridge, a clear but non-dated
linear chain. We then assume that this hotspot has produced the Hess Ridge around 100
Ma and the Shatsky Ridge, between 125 and 145 Ma. From the estimation of its eruptive
rate and magnetic anomalies, Sager et Han (1993) inferred a mantle plume origin for
Shatsky Ridge. The Marquesas hotspot could have generated these plateaus.
Louisville
The Louisville chain is, with the Hawaiian-Emperor chain, the volcanic alignment
used to get the absolute Pacic plate motion stage poles in the hotspot reference frame,
from 12.5 to 66 Ma. Consequently, the track exactly ts the hotspot trail from 12.5 Ma
to the Kermadec Trench. However the exact location of the active hotspot, if any, is still
a matter of debate (Wessel et Kroenke, 1997; Geli et al., 1998). With our calculated pole
for the 0-7 Ma period, the hotspot is located near a 0.5 My old seamount (Watts et al.,
1988), which is in good agreement with the interpretation of Geli et al. (1998). Before
66 Ma, the track disappears at the Kermadec Trench. If the Pacic plate is rigid, the
Louisville trail can reappear on the other side of the Indo-Australian plate, if Louisville
hotspot is that old. Indeed, there is a seamount chain north of the Tonga Trench, but
no ages are known. At 125 Ma, the track is close to the southeast edge of the Ontong
Java Plateau (OJP). Isotopic evidence suggests a plume-initiation model to account for
the OJP formation (Mahoney et Spencer, 1991), and the duration of its volcanism is
supposed to be 3 My between 121 and 124 Ma (Tarduno et al., 1991). But as Mahoney et
Spencer (1991) pointed out, both temporal variations in the isotopic composition of the
lavas and a southward motion of the Louisville hotspot are needed to connect Louisville
with OJP. With this restriction, Louisville hotspot and OJP could be linked although a
60
Les points chauds du Pacique
60N 140E
160E
180W
140W
160W
120W
100W 60N
Kodiak Bowie
50N
50N
Cobb
40N
40N
30N
30N
20N
20N
Hawaii
10N
10N
Caroline
0
0
?
Marquesas
10S
10S
Society
Samoa
Rarotonga
20S
20S
Rurutu
Pitcairn
Mc Donald
30S
Easter
Foundation
40S
50S
140E
160E
180W
160W
140W
120W
depth
-6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0
40S
50S
Louisville
60S
30S
100W
60S
(meters)
3.3 { Hotspot tracks on the bathymetric map of the Pacic plate (equal area Hammer
projection). The tracks are represented by continuous thin color lines and have been
computed for the 0-145 Ma period (see text and Table 3.2 for explanations). When there
is a dashed line it means that no corresponding topographic features have been found on
the seaoor and thus that this track segment is questionable. The lines are not drawn
before the estimated beginning of the hotspot life. The changes in color along the track
(alternatively red, yellow, green, black and so on) correspond to the successive stage poles
used for the Pacic plate motion (see Table 3.2). Diamonds, whose color means the same
as above, represents dated seamounts and islands.
Fig.
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
61
connection with the Eltanin fracture zone can not be completely put aside.
Other hotspots
All other hotspot tracks considered in our study vanish after a short period of activity.
As they all produced volcanism through an area comprised between Society islands and
Austral islands, a close up of their tracks are presented on Figure 3.4.
For the Society hotspot, there is no evidence of any volcanic activity prior to Society
Islands. Maupiti is the oldest island with an age of 4.3 Ma (Duncan et McDougall,
1976) and there is no young oceanic plateau in the vicinity. Macdonald hotspot can be
backtracked to 19 My on the western side of the Cook-Austral alignment. The so-called
Rarotonga hotspot (Turner et Jarrard, 1982) seems to have produced only the Rarotonga
island while the Samoa hotspot trail seems to vanish after the Samoan Islands, prior to
13 Ma . The Rurutu hotspot has been postulated by Turner et Jarrard (1982) to agree
with ages and locations of some of the Austral islands. Its track is clear over the last 8 My
and seems to vanish until 36 Ma where a dated seamount of the Samoa islands ts quite
well with the predicted track. Before, the track is located a few degrees eastward of the
Marshall-Gilbert-Ellice alignment poorly constrained in age. It reaches the East Mariana
basin to the north created 117 My ago. The East Mariana region has been called a basin
because of its morphology, but a later seismological study has evidenced a 400-m thick
basalt layer underneath (Abrams et al., 1993). However, since there is just one dated
volcanic feature between 8 and 120 Ma along the predicted track of the Rurutu hotspot,
it will be considered as a short-lived hotspot.
Pitcairn hotspot is an active hotspot responsible of the Pitcairn-Gambier-Moruroa
alignment but it is dicult to extrapolate to older ages, except if we link it to the Tarava
seamount chain (Bonneville et al., 1997), however isotopes indicate Gambier could also
be formed at Easter (Dupuy et al., 1993). This recently charted chain parallel to Society
Islands, 200 km to the south, exhibits a 36 My old guyot (P-Y. Gillot, pers. comm.,
1997). Beyond this chain, Pitcairn's track vanishes. Because paleo-positions of Mid-Pacic
Mountains (MPM) seamounts are close to Pitcairn hotspot, they have been previously
linked together (Winterer et al., 1993). But our reconstruction indicates a gap of more
than 60 My. We will consider Pitcairn as a short-lived hotspot, that could also be a crack.
Finally, the so-called Foundation hotspot is a near-ridge volcanic source of unknown
location. From Foundation seamounts, dated between 5 and 21 Ma (O'Connor et al.,
1998), its track can be followed north of the Austral Islands along the 30 My old Ngatemato
chain surveyed and dated by McNutt et al. (1997). Unfortunately, there is no older dating
along the track except a 44 Ma age in the western Tarava seamount chain. The beginning
of the track could be tted with the 135 My old Magellan Rise. The Magellan rise is the
smallest Pacic plateau, formed around 135 Ma (Tamaki et Larson, 1988). However more
data between 44 Ma and 135 Ma are needed to conrm this hypothesis.
62
Les points chauds du Pacique
20S
1.2
12
8
5.5
1.5
19
47
3.7 2.9
3.3
2.51.5
4.3
0.4
2.3
0.8
0
43
35
0.8
12 1.1
9 0.7
10
9
9 6.5
5.8
0.7
4.5 5.1 35
30S
160W
23
30 25
3.8 39
27
27
0
150W
140W
0
130W
3.4 { Hotspot tracks crossing in the Superswell area : Society, Pitcairn, Macdonald,
Rurutu, Foundation and Rarotonga (same caption as in Figure 3.3).
Fig.
Figure 3.4 shows all the tracks of these atypical hotspots through French Polynesia,
which also corresponds to the South Pacic Superswell. Those hotspots induced a complex
overprinting volcanism and numerous trends of seamount and island chains since 50 My.
However, these trends agree with the absolute motions of the Pacic plate (like the fracture
zones) and these volcanic sources, like plume fed hotspots, seem also to be xed towards
plate motions, at least for the time scale considered. Except Foundation hotspot, all of
them are located far from the EPR, and characterized by short-lived volcanism.
This kind of short-lived intraplate volcanism could be compared to the one that
generated the Musicians seamounts. Musicians seamounts, located north of the Hawaiian
islands, show age progressive volcanism from 95 to 75 Ma with no evidence for older and
younger volcanism (Pringle, 1993). Another example of such volcanism is the northwestern
Pacic where seamounts aged between 120 and 80 Ma, lie on older crust. From gravity and
bathymetric data, Winterer et al. (1993) proposed that these seamounts were formed on
a superswell, the Darwin Rise ; these seamounts are not related to any present hotspots.
3.2.5 Conclusion
If we call plume fed hotspots long-lived hotspots and those that generated ood basalt
plateaus, and with the very conservative hypotheses we used, only three, and, with less
condence, four, of the traditionally admitted Pacic hotspots belong to this category.
Hawaii presents evidence of long-lived volcanism. The Easter hotspot could be linked to
the east part of the Mid-Pacic Mountains, the Louisville hotspot to Ontong Java Plateau.
The Marquesas hotspot is the most questionable and could have produced Hess Ridge 110
My ago and Shatsky Ridge 140 My ago. The Cobb, Kodiak-Bowie and Caroline hotspots
3.2 How many Pacic hotspots are fed by a mantle plume ?
63
are unclassiable. The seven other so-called hotspots simply do not show evidence of a
continuous volcanic trend between basaltic plateaus and the present hotspot locations.
As already pointed out by McNutt et al. (1997), it seems reasonable to think that
most of the volcanic alignments belonging to the Superswell region are in fact diuse and
secondary volcanism. Despite their apparent xedness, it seems unlikely that they were
related to any deep mantle phenomena.
Another important conclusion, is that 2 of the 4 true hot spots found in this study,
are located close to the mid-oceanic ridge. Moreover most plateaus formed at ridges, or
triple junctions and at times of plate reorganization.
Therefore, the lithosphere seems to play the dominant role and deep mantle plumes
are unnecessary to explain most, if any, volcanic chains on the Pacic plate as proposed
with other arguments by Anderson (1998b) in a global study.
64
Les points chauds du Pacique
3.3 Complements
3.3.1 P^oles de rotation absolus de la plaque pacique
La trace des points chauds, obtenue a partir des p^oles absolus de rotation, contraint
les liens entre points chauds, cha^nes de monts sous-marins et plateaux basaltiques oceaniques. Dans la cadre du referentiel des points chauds xes, il a ete propose de multiples
syntheses des positions des p^oles absolus de rotation de la plaque Pacique pour les
145 derniers millions d'annees. L'evolution de ces syntheses est en grande partie liee
aux nouvelles donnees d'^age obtenues sur les cha^nes intraplaques. Les principales sont
reportees dans le tableau 3.3 avec le p^ole de ces derniers millions d'annees.
3.3 { P^oles de rotation absolus de la plaque Pacique pour la periode actuelle suivant
dierents auteurs.
Reference
Long. () Lat. () Ouverture Periode
Morgan (1972)
287E
67N
0.79 Ma 0-43 Ma
Clague et Jarrard (1973) 277E
72N
1.2 Ma 0-20 Ma
Minster et Jordan (1978) 277.2 E 61.7 N 0.97 Ma 0-10 Ma
Duncan et Clague (1985) 285E
68N
0.81 Ma 0-42 Ma
Yan et Kroenke (1993)
280E
72N
0.89 Ma 0-23.6 Ma
Wessel et Kroenke (1997) 333 E
25 N
1.2 Ma 0-3 Ma
Tab.
=
=
=
=
=
=
La synthese la plus recente des p^oles de rotation absolus de la plaque Pacique est
celle de Wessel et Kroenke (1997). Elle est reportee dans la Table 3.2. Elle reprend une
partie des etudes anterieures, sauf pour l'epoque recente.
Incertitudes sur la validite des p^oles absolus
Un pole eulerien est l'unique point commun immobile de deux plaques qui bougent
l'une par rapport a l'autre. On peut le trouver directement de maniere geometrique : le
mouvement relatif des plaques est parallele aux zones de fracture (ZF). Le p^ole eulerien
se trouve donc sur les perpendiculaires communes des ZF. Le p^ole absolu de rotation ne
correspond qu'a une plaque et decrit le point pivot sur le globe autour duquel tourne
cette plaque. On peut le determiner en utilisant la technique dite des grands cercles a
partir des alignements de cha^nes volcaniques. On localise geometriquement l'intersection
de mediatrices a plusieurs segments de duree voisine de cha^nes de type point chaud
appartenant a la plaque. On obtient ainsi un p^ole de rotation absolu dans le cadre du
referentiel lie aux points chauds.
Le resultat est d'autant plus able que le nombre de segments utilises est important et
que ces segments sont eloignes les uns des autres. Regardons comment ont ete determines
3.3 Complements
65
les p^oles reportes chez Wessel et Kroenke (1997).
{ 0-3 Ma : Ce p^ole a ete determine par Wessel et Kroenke (1997), uniquement avec
la cha^ne d'Hawai'i, sur les 3 derniers millions d'annees. Il ne rend pas compte
des directions de toutes les autres cha^nes du Pacique, sauf eventuellement celle
des Marquises. Il a permis a Wessel et Kroenke de positionner le point chaud de
Louisville au sud de la ZF d'Eltanim, puis de re-injecter cette position dans le
calcul du p^ole de rotation pour valider leur resultat initial.
{ 3-65 Ma : La partie 3-65 Ma a ete determinee par Yan et Kroenke (1993), en
ajustant les traces de Louisville et d'Hawai'i.
{ 65-74 Ma : Ce p^ole provient directement de Duncan et Clague (1985), qui l'avaient
determine a partir de l'alignement des Musiciens et du nord des ^les de la Ligne.
Pour les Musiciens, ils possedent 3 ^ages K/Ar : Rachmaninov a 88.8 5.2 Ma et
Khatchaturian a 66.9 2.6 Ma par Clague et al. (1975) et NW Cluster date a
95.6 1.9 par Pringle (1984). Or depuis, Pringle (1993) a mene une nouvelle etude
sur la geochronologie des Musiciens, et ses analyses Ar/Ar divergent notablement :
Rachmaninov est date a 86 Ma, et Khatchaturian a 83 Ma. Il ne reste plus un a^ge
de la periode 65-74 Ma. Ce p^ole n'est donc pas able.
{ 74-100 Ma : Yan et Kroenke (1993) l'ont obtenu a partir des Musiciens entre 74
et 94. Ce p^ole est donc lui aussi determine avec une seule cha^ne, et pour nir
extrapole sur 6 millions d'annees jusqu'a 100 Ma.
D'apres ce qui precede, a partir de 65 Ma, les p^oles de rotations de la plaque Pacique
doivent ^etre regardes avec la plus grande suspicion, car ils reposent sur peu de donnees.
Neanmoins, au regard de l'orientation des cha^nes volcaniques lineaires anciennes et non
datees, notamment dans le Pacique nord-ouest, ces p^oles sont coherents. Il n'en est pas
de m^eme pour le p^ole de la periode 0-3 Ma que nous allons donc recalculer. Par ailleurs,
le changement brutal de l'orientation du deplacement de la plaque Pacique a 43 Ma est
parfois mis en cause car cette modication majeure n'est pas enregistree dans l'orientation
des zones de fractures notamment. Cependant, ce changement est visible au niveau du
coude Hawai'i-Empereur (Dalrymple et Clague, 1976), et est inscrit dans la trajectoire du
point chaud de Louisville (Yan et Kroenke, 1993; Yan, 1996). Nous considererons par la
suite qu'il est eectif.
Amelioration des p^oles absolus pour les derniers 10 Ma
Le p^ole absolu propose le plus recemment par Wessel et Kroenke (1997), pour la
periode 0-3 Ma, est critiquable. Il a ete determine a partir des cha^nes d'Hawai'i et de
Louisville, apres avoir positionne le point chaud de Louisville au sud de la ZF d'Eltanim.
Les points chauds polynesiens, dont l'activite va de l'actuel a un peu plus de 10 Ma n'ont
pas suivi la direction N150 qui correspond au p^ole propose par Wessel et Kroenke (1997)
pour les 3 derniers Ma, sauf les Marquises. De plus, une determination recente par suivi
des deplacements de la plaque Pacique par GPS sur 2 ans (Tregoning et al., 1998)
situe le p^ole de rotation actuel a proximite du p^ole 3-15 Ma. De nombreuses etudes ont
66
Les points chauds du Pacique
6.9
3.3
30N
5.1
0
6.5
2.3
0
6
10
2.8
1.3
4.2
0
6.2
5.2
0
0.9 7.6
0.5
30S
21
0.02
12.5
0.5
150E
180
150W
120W
3.5 { Segments des cha^nes entre 0 et 10 Ma, correspondants a des monts dates,
utilises pour la determination des grands cercles : (du nord au sud) Hawai'i, Caroline,
Marquises, Samoa, Societe, Pitcairn, P^aques, Australes, Fondation, Louisville.
Fig.
montre que les mouvements des plaques aux dierentes echelles de temps (de l'annee aux
millions d'annees) restaient stables (e.g. Stein et Stein, 1993; Argus et Hein, 1997), y
compris dans le Pacique (Robbins et al., 1993). Ainsi, ce p^ole determine par GPS est
une contrainte forte sur la position du p^ole de rotation des derniers millions d'annees, qui
n'est pas respectee par le p^ole de Wessel et Kroenke.
Un p^ole pour la periode recente a donc ete recalcule a partir des segments des cha^nes
de Cobb, d'Hawai'i, de la Societe, de Pitcairn, de Macdonald, de Samoa, de Caroline, de
P^aques, des Marquises, de Louisville et de Fondation (voir Figure 3.5). Ces segments sont
pris entre 2 datations radiometriques, la plus recente, voisine de 0 Ma en general, et une
autre, comprise entre 5 et 10 Ma. En pratique, on minimise l'ecart quadratique moyen
(RMS, pour Root Mean Square) entre la direction de chaque segment date et celle la
perpendiculaire au grand cercle passant par le p^ole et le milieu du segment, en faisant
varier la position du p^ole (Cox et Hart, 1986). Suivant les segments utilises, les resultats
sont reportes dans le tableau 3.4.
Le p^ole obtenu sans Caroline, Samoa, et Marquises presente le RMS le plus faible,
il est conserve. Il tient donc compte des cha^nes de Cobb, Hawai' i, Societe, Australes,
Pitcairn, Fondation, P^aques et Louisville. Si l'une quelconque de ces cha^nes est supprimee
du calcul, le RMS reste stable et la position du p^ole ne varie quasiment pas (1 a 2 ).
Cela nous montre que ce p^ole decrit bien le mouvement de ces 8 cha^nes lors de 7 derniers
3.3 Complements
67
3.4 { Segments des cha^nes utilises dans le calcul du p^ole 0-7 Ma.
Segments pris en compte
Long. (0) Lat. (0) Ouverture RMS
Avec tous les segments :
51.0 E
84.0 N 0.91Ma 9.8
Sans Caroline, Samoa et Marquises : 280.0 E 70.0N 0.85Ma 2.48
Sans Marquises et Caroline :
299.0 E 78.0 N 0.84Ma 6.6
Sans Marquises et Samoa :
354.0 E 84.0 N 0.94Ma 6.6
Sans Caroline et Samoa :
290.0 E 71.0 N 0.83Ma 7.5
Tab.
millions d'annees.
3.3.2 Rajeunissement du volcanisme
L'etude des sequences eruptives du volcanisme hawaiien a mis en evidence l'existence
d'une phase de volcanisme alcalin post-erosion, ou encore appele volcanisme de rajeunissement (Clague et Dalrymple, 1989) qui appara^t quelques millions d'annees apres la construction du volcan bouclier. Nous allons tester si les incoherences dans la progression des a^ges
le long de l'alignement des Australes ne sont pas dues a un tel phenomene.
Waianae
Volcanisme de la période de rajeunissement alcalin
Volcanisme post-bouclier alcalin
Volcanisme bouclier tholéitique
Haleakal
Kohala
1
Kilauea
Mauna Loa
Mauna Kea
2
0
0
100
, y
y
,
yy
,
,
y
,
, y
y
,
200
300
400
Niihau
y
,
y
,
y
,
y
,
y
,
y
,
y
,
,y
y
,
Kauai
Koolau
3
West Molokai
4
West Maui
Lanai
East Molokai
AGE POTASSIUM-ARGON (Ma)
5
y
,
,
y
3.6 { D'apres Clague et al.(1989) :
Durees connues des phases bouclier
tholeitique, post-bouclier alcalin, et de
rajeunissement alcalin pour des volcans
dates des principales ^les hawaiiennes.
Les biseaux indiquent du recouvrement du
volcanisme ou des a^ges incertains.
Fig.
500
DISTANCE AU KILAUEA, EN KILOMETRES
Les premiers, Jackson et Wright (1970) ont relie les phases de rajeunissement du
volcanisme des vieux edices aux eets de la charge de la lithosphere par les nouveaux
volcans, les vieux edices se trouvant sur le rebond de la exure. Ce fut conrme par
Clague et Dalrymple (1989) qui proposent que ce volcanisme tardif apparaisse a une
distance constante en arriere du point chaud, de l'ordre 190 30 km, d'apres leur analyse
de la cha^ne hawaiienne (Figure 3.6). Ce phenomene de rajeunissement n'est decrit que
sur des edices deja formes, et ne semble pas avoir cree de nouvel edice.
68
Les points chauds du Pacique
3.5 { Distance des ^les des Australes-Cook aux points chauds.
Ile ou mont
Age
Distance a
Point chaud
sous-marin
en Ma
Macdonald Rurutu Rarotonga associe**
Atiu
8.1 et 10.4
2070
762
213
Ru
Aitutaki
1.5 et 8.5
2285
971
263
Ra et Ru
Evelyn
24.2 et 26.1
165
/
/
Fond
Marotiri
3.8 , 31.9 et 39.6
370
/
/
Fond et Mac
Opu
31.7 et 39.1
362
/
/
Fond et ?
Rurutu
1.0, 9.9 et 12.
1329
0
/
Ru et Mac
Rimatara** 4.8, 14.4, 21.2, 28.6 1430
150
/
Tab.
*Mac : Macdonald ; Ru : Rurutu ; Ra : Rarotonga ; Fond : Fondation.
**L'^age de Rimatara n'est pas etabli avec certitude d'apres Duncan et McDougall (1976).
Nous allons verier, d'une part que les distances entre les points chauds qui se
trouvent dans la zone des Australes-Cook sont superieures a la distance a laquelle on peut
obtenir un rajeunissement, et d'autre part que parmi les a^ges des ^les utilises, certains ne
soient pas a ecarter car ils reeteraient une phase de rajeunissement liee au point chaud
initial ayant forme l'^le.
La distance du centre de la cha^ne des Australes au sommet de l'arche de la exure
est calculable en modelisant le comportement de la lithosphere par celui d'une plaque
mince elastique chargee. Ce calcul est decrit en detail dans le chapitre 6. La gure 3.7
montre que le rebond de la exure se situe entre 170 km et 270 km pour l'alignement des
Australes.
2˚ soit 220 km environ
0
-1000
-2000
-3000
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
3.7 { Distance du sommet du rebond des Australes au centre de la cha^ne obtenue a
partir de la modelisation de la exure pour une epaisseur elastique de 12 km.
Fig.
Les distances entre les 3 points chauds de la ligne Australes-Cook sont de 886 km
entre Rarotonga et Rurutu et 1329 km entre Rurutu et Macdonald. Ces distances sont
largement superieures a la distance a laquelle on peut esperer rencontrer un volcanisme
de rajeunissement. Il s'agit donc bien de 3 points chauds potentiels dierents.
3.3 Complements
69
Fondation
Marotiri
40
Opu
3.8 { Relation ^age-distance des
^les et monts sous-marins des AustralesCook avec les points chauds, d'apres les
^ages radiometriques connus. Les droites
de regression a 11 cm/an ont ete tracees
pour Macdonald, Rurutu, Rarotonga et
Foundation. Les points en haut et au centre
de la gure correspondent a la cha^ne
Ngatemato qui provient probablement de
Fondation.
Fig.
Marotiri
30
Age du volcanisme (Ma)
Opu
Aureka
Rimatara
Evelyn
Evelyn
Rimatara
Mangaia
20
Macdonald
Rimatara
Rurutu
Tubuai
10
Mitiaro
Atiu
Rurutu
Rapa
Marotiri
Aitutaki
Raivavae
Atiu
Rimatara
Mauke
Rurutu
0
0
1000
2000
3000
Rurutu
4000
Rarotonga
Aitutaki
Rarotonga
5000
Distance au point chaud (km)
D'apres le Tableau 3.5 des distances entre les ^les et les points chauds et la gure 3.8
du trace distance-^age, il peut exister du rajeunissement du volcanisme a Atiu, Aureka,
Evelyn et Rurutu (entre 9.9 et 12.0 Ma). Ce phenomene est en revanche peu probable
pour Aitutaki, Marotiri, Opu, et Rurutu (entre 1 Ma et 9.9 Ma). Il s'agit plut^ot de la
superposition des traces de 2 points chauds successifs.
3.3.3 Les hypotheses concernant le volcanisme polynesien
Nous venons de voir que les points chauds du Pacique central sud avaient des
caracteristiques particulieres qui les rendaient probablement incompatibles avec une source
profonde. Cela n'est pas nouveau pour des cha^nes comme celle de P^aques ou des Australes,
ou des explications variees ont ete avancees pour justier leur apparence. Par ailleurs, des
modeles, derivant le plus souvent d'experiences analogiques en laboratoire et transcrits a
l'echelle du volcanisme polynesien, ont egalement ete proposes pour expliquer certaines
anomalies du volcanisme intraplaque. En l'etat actuel des connaissances, il n'est pas
facile de determiner des criteres de tri des hypotheses les plus plausibles. On pourrait
ne conserver que les hypotheses qui rendent compte de l'ensemble des anomalies de la
zone : anomalie bathymetrique, le super-bombement, anomalie geochimique, l'anomalie
SOPITA, points chauds nombreux et peu profonds, dont beaucoup sont alignes. Mais ces
anomalies n'ont peut-^etre pas une cause commune. Ce paragraphe fait un bilan de ces
diverses explications.
Prealablement, on peut noter que le point chaud des Samoa est peut-^etre un cas
particulier : Natland et Turner (1985) n'excluent pas la possiblite que la cha^ne des Samoa,
malgre une progression des a^ges en bon accord avec la theorie des points chauds, puisse
^etre liee a des contraintes imposees par la subduction de la plaque Pacique sous la plaque
Indo-Australienne. En eet, ils remarquent que depuis 13.5 Ma, les volcans de la cha^ne
70
Les points chauds du Pacique
de Samoa se construisent a une distance constante du coin de la fosse des Tonga. Ainsi,
le seul point chaud du Pacique qui ne repond pas au modele classique et qui ne se situe
pas a l'aplomb du super-bombement pourrait avoir une origine particuliere.
Dans ces conditions, l'anomalie bathymetrique et les points chauds du Pacique sud
pourraient avoir une cause commune. Diverses hypotheses existent :
1. Rouleaux longitudinaux convectifs et ligne chaude :
Richter et Parsons (1975) ont montre qu'une frontiere superieure se deplacant stabilise la convection thermique sous forme de rouleaux longitudinaux paralleles a la
direction de deplacement de la plaque. Conformement a ce modele, l'alignement de
points chauds de part et d'autre de la dorsale autour de la microplaque de P^aques
a pousse Bonatti et al. (1977) a evoquer des rouleaux de convection mantellique,
entre la lithosphere et la zone de transition a 660 km, dont les axes sont paralleles
au sens de deplacement de la plaque : alors, une activite de type point chaud
peut se manifester de maniere intermittente en tout point de cette ligne. A partir
d'une analyse des dierentes longueurs d'onde du geoide, Maia et Diament (1991)
conrment cette hypothese en mettant en evidence des ondulations de 400-500
km, paralleles au deplacement absolu de la plaque Pacique, dans les longueurs
d'onde 280-820 km. Ils notent que l'espacement constant des cha^nes associees a ces
ondulations depuis plus de 40 Ma indique que la taille des cellules de convection
reste constante dans le temps. Ce type d'explication pourrait rendre compte des
alignements des Australes-Cook et de P^aques, mais pas particulierement du superbombement. De plus, la limitation de ce phenomene au Pacique sud central n'est
pas justiee.
2. La formation de diapirs deconnectes :
L'ascension de panaches de faible viscosite peut ^etre perturbee sous l'eet d'instabilites dans le manteau, en particulier sous des plaques rapides comme la plaque
Pacique, comme l'ont montre des experiences d'Olson et Nam (1986) : si la vitesse
de deplacement du uide environnant devient superieure a la vitesse d'ascension du
panache, une cha^ne de diapirs deconnectes de leur source se forme, et s'il se produit
des variations de vitesse dans le uide environnant, au cours du temps, les points
de contact des diapirs avec la lithosphere peuvent se deplacer. Ceci expliquerait
eventuellement les lignes chaudes, mais pas l'abondance de points chauds dans le
Pacique sud central, ni les anomalies bathymetriques et geochimiques.
3. Les points \humides" :
Bonatti (1990) a montre a partir de l'etude de la zone du point chaud des Acores que
la fusion partielle du manteau superieur pouvait correspondre a un taux anormalement
fort de 2 et 2. Ce taux eleve abaisse la temperature de fusion et a donc le
m^eme eet sur le manteau superieur qu'une elevation de temperature. Il parle alors
de point humide (wet spot) plut^ot que de point chaud. Ces points humides pourraient
exister partout ou il existe des domaines de manteau metasomatise.
4. Aaiblissement de la lithosphere lors de sa formation :
Pour expliquer la presence de 3 cha^nes volcaniques paralleles dans le sud des
H O
CO
3.3 Complements
71
Eruption hors-axe de
mélange de fusion
partielle de manteau enrichi
Mouvement
de la plaque
Eruption proche
de la dorsale
de basalte appauvri
Volcanisme d'arche
Ancient rift
propagateur
Ascension
diffuse
hors-axe
Ascension
intense à la
dorsale
3.9 { D'apres McNutt et al. (1997) : representation schematique d'un modele pour
le volcanisme des Australes. Le manteau superieur sous la Polynesie francaise est enrichi
et ces melanges sont restitues gr^ace a une extension diuse. Ils sont preferentiellement
guides a la surface par des faiblesses pre-existantes dans la plaque et par des conduits
volcaniques plus anciens.
Fig.
Australes (voir Figure 1.9), McNutt et al. (1997) proposent qu'un magmatisme
en exces a la dorsale ait produit la premiere cha^ne, Ngatemato. Par la suite,
des remontes diuses de melange fondu en faible quantite protent de la zone de
faiblesse creee par le bombement de la lithosphere de la cha^ne Ngatemato pour
produire des eruptions hors-axes (Figure 3.9). Ces eruptions, d'abord de la cha^ne
Taukina, puis des Australes sud, ont eu lieu parallelement a la premiere cha^ne.
Le remplacement d'un panache unique dans cette zone par plusieurs remontes
de matiere pourrait expliquer les grandes variations isotopiques rencontrees aux
Australes. Si l'on analyse la lithosphere au moment de sa formation dans toutes
les zones ou se situe un point chaud d'origine non profonde, il semble que l'on
trouve eectivement des formations initiales contemporaines de la lithosphere :
aux Australes comme l'a montre McNutt et al. (1997), au niveau de la Societe
(voir Figure 7.12), au nord du point chaud de Pitcairn se trouvent des edices
probablement lies au fonctionnement du point chaud de P^aques, au voisinage de
la dorsale. Les anomalies isotopiques s'expliquent alors par la succession d'episodes
volcaniques dans une m^eme zone qui echantillonnent un manteau superieur enrichi
par des plaques plongeantes (McNutt et al., 1997).
5. La convection thermo-chimique, super-bombements et points chauds :
La presence d'heterogeneites geochimiques dans le manteau va a l'encontre d'un
systeme convectif a une couche, qui rendrait compte quant a lui des tres faibles
heterogeneites de densite deduites des analyses sismologiques. Un modele propose
recemment par Davaille (1999) rendrait compte de ces contradictions : la convection
dans un milieu stratie en densite et en viscosite produirait un systeme dans lequel
72
Les points chauds du Pacique
des d^omes chauds oscilleraient verticalement et d'ou s'eleveraient des panaches
etroits. Les d^omes correspondraient aux regions ou un super-bombement existe,
et les panaches aux points chauds de ces regions particulieres. Ce modele s'adapte
bien au Pacique central sud. Les oscillations verticales du d^ome, dont les constantes
de temps sont de 100 Ma a 1 Ga (Davaille, 1999), correspondraient aux superbombements de Darwin et du Pacique sud (voir Figure 1.7), et les panaches
etroits aux points chauds du Pacique central sud. Ce modele rendrait compte
pratiquement de l'ensemble des anomalies regionales.
Toutes les hypotheses que nous avons retenues postulent une source peu profonde,
en accord avec le resultat de notre etude. De plus, d'apres Anderson (1996), il existe un
reservoir geochimiquement enrichi a faible profondeur sous la lithosphere, la perisphere,
qui justierait l'anomalie isotopique regionale. Il reste donc a discriminer parmi les deux
ou trois solutions possibles laquelle pourrait ^etre la bonne, en etudiant la structure du
manteau superieur (et m^eme de la lithosphere dans le cas ou l'on suppose des zones
de faiblesse dans cette derniere) dans le Pacique central sud. Dans cette optique, des
contraintes importantes pourraient ^etre fournies par des campagnes de type sismique
refraction pour l'etude de la lithosphere, et, pour le manteau superieur, par des campagnes
de ux de chaleur ou de deploiement de stations sismologiques qui permettraient d'elaborer
des modeles tomographiques.