L'histoire géologique de la formation du Japon
On peut diviser l'histoire de la formation du Japon en deux parties. D'abord il y a eu une subduction entre les plaques Pacifiques, Philippines et Eurasienne, puis on a assisté à l'ouverture de la "Mer du Japon".
I. L'élément principal de la formation du Japon : la subduction.
1)La subduction en général.
Schéma complet d'une zone de subduction
a. Mécanismes.
Au fur et à mesure de son éloignement de l'axe de la dorsale océanique, la lithosphère océanique se refroidit et vieillit. L'abaissement de la température implique un épaississement par la base de celle-ci, c'est à dire qu'il y a ajout progressif d'une semelle de manteau froid. Ce phénomène a pour conséquence directe l'augmentation de la densité de la lithosphère océanique. Ainsi, à partir de 30 millions d'années, la densité de cette dernière dépasse celle de l'asthénosphère sous-jacente : la lithosphère plonge alors inexorablement.
Masse de la lithosphère océanique et de l'asthénosphère en fonction de l'âge et de la distance à la dorsale
En outre, en s'enfonçant au sein du manteau, certaines roches de la croûte peuvent se transformer en d'autres roches plus denses comme l'éclogite : cela augmente encore la densité de la lithosphère plongeante.
Masse volumique comparée des roches de la lithosphère océanique (en 10^3 kg.m^3)
Cependant, l'asthénosphère a beau être plus molle que la lithosphère, elle n'en est pas moins solide. Elle exerce donc une très grande résistance mécanique qui ralentit considérablement l'enfoncement de la lithosphère en subduction.
La subduction repose donc sur une augmentation progressive de la densité de la lithosphère océanique d'une part à cause de son vieillissement et son refroidissement, d'autre part par la transformation de certaines roches la composant en d'autres plus denses.
b. Les marqueurs de la subduction.
On distingue 3 types de marqueurs principaux d'une zone de subduction : une modification des reliefs, une sédimentation importante et une forte activité sismique et volcanique.
- Dans toutes les zones de subduction (qu'elles soient intra-océaniques ou océanico-continentales), l'enfoncement de la lithosphère océanique s'accompagne de la formation parallèle d'un relief positif et d'un relief négatif. Dans les deux cas le relief négatif est une fosse sous-marine très profonde (exemple de la fosse de Mariannes jusqu'à -11 000 m) tandis que le type de relief positif est variable. Ainsi, lorsque la zone de subduction est une limite entre deux plaques océaniques, ce relief est matérialisé par des îles en surface (exemple de l'île St Vincent). A l'inverse, dans le cas où une plaque est océanique et l'autre continentale, il s'agit d'une chaîne de montagne comme la Cordillère des Andes.
- La croûte océanique peut parfois être recouverte d'une couche de sédiments. A ce moment là, lorsque la lithosphère océanique en subduction s'enfonce, une partie des sédiments est rabotée par l'autre plaque et reste coincée entre les deux plaques. Il se forme alors ce que l'on appelle un "prisme d'accrétion sédimentaire". La partie des sédiments qui reste sur la croûte océanique peut, en profondeur, changer la composition du magma et ainsi créer un volcanisme particulier.
- L'enfoncement de la lithosphère océanique créé toujours des anomalies au niveau des ondes sismiques qui, ajoutées aux frottements entre les deux plaques, engendrent de nombreux séismes. Ils sont cependant d'intensité différente selon le type de subduction (plus forte dans le cas d'une subduction océanico-continentale que dans celui d'une intra-océanique) mais peuvent également varier en terme de profondeur. Cette variabilité permet d'ailleurs de déterminer le plan de Bénioff qui indique l'orientation géographique du plongement de la plaque en subduction.
Plan de Benioff
Légende :
En abscisse, on retrouve la distance à la fosse et en ordonnée la profondeur des séismes.
En jaune, ce sont les séismes dont la profondeur est comprise entre 0 et 70 km.
En rouge, ce sont les séismes dont la profondeur est comprise entre 70 et 300 km.
En bleu, ce sont les séismes dont la profondeur est comprise entre 300 et 700 km.
Comme nous l'avons déjà expliqué auparavant, les basaltes et les gabbros de la croûte océanique se transforment, lors de la subduction, en d'autres roches comme les schistes bleus ou les éclogites. Cette transformation libère de l'eau qui hydrate le manteau de la plaque chevauchante. Ce manteau désormais hydraté a la particularité de subir une fusion partielle dès 1000°C (soit beaucoup plus tôt que le manteau sec) ce qui donne naissance à un magma andésitique qui va alimenter les réservoirs en magma de la croûte.
Fusion partielle du manteau hydraté
Légende :
La courbe A représente la fusion commençante du manteau sec et la courbe H celle du manteau hydraté. La courbe G, quant à elle, indique l'augmentation de la température dans le manteau de la plaque chevauchante en fonction de la profondeur.
On remarque que la courbe de température G n'atteint jamais la courbe A. Par conséquent, au sein d'une manteau sec, il n'y a pas de fusion du manteau. Par contre, la courbe G coupe la courbe H ce qui veut dire qu'il y a fusion partielle du manteau à partir d'une température d'environ 1000°C et d'une pression de 1,5 GPa. Le manteau n'étant hydraté que dans les zones de subduction, la fusion du manteau et donc l'apparition d'un magma andésitique est spécifique à ce type de zones.
Genèse du magma andésitique
Les zones de subduction sont donc également caractérisées par un volcanisme important (rappelons que les îles qui sont formées sont des îles volcaniques!).
2) La subduction dans le cas particulier du Japon.
Schéma des fonds océaniques au niveau de la zone de subduction japonaise
Dans le cas du Japon, c'est encore plus complexe puisqu'il est à l'intersection de quatre plaques tectoniques : les plaques Eurasiatique, Nord-américaine, Philippines et Pacifique. Il y aurait en fait deux zones de subduction distinctes dans le cas du Japon. En effet, on en aurait une entre les plaques Philippines et Eurasienne (au niveau de la fosse de Nankai) et une autre, plus au Nord entre cette même plaque et la plaque Pacifique (au niveau de la fosse du Japon). On peut remarquer sur l'image ci-dessous que le plan de Benioff a une inclinaison importante et que les séismes et donc la lithosphère océanique sont présents jusqu'à une profondeur de plus de 600 km !!!
Carte de la répartition des séismes et coupe au niveau de la fosse des Mariannes
Pourtant, les 4 îles principales qui constituent le Japon (Hokkaido, Honshu, Shikoku et Kyushu qui représentent à elles seules 96 % du territoire du pays) ne sont pas situées sur la plaque continentale eurasienne. En effet, elles ont été formées par le volcanisme et les autres phénomènes accompagnant une subduction : elles sont donc en plein océan.
II. Un autre élément de l'histoire géologique du Japon : l'ouverture de la Mer du Japon.
A l'origine, le Japon faisait partie du continent asiatique et en a été séparé par l'ouverture de la mer du Japon il y a à peu près 15 millions d'années. A cette époque, la subduction des plaques océaniques (Pacifiques et Philippines) sous la plaque continentale (Eurasienne) avait déjà eu lieu. C'est ainsi que s'est créé le bassin d'arrière arc, typique des phénomènes de subduction, accompagnant ainsi l'ouverture d'une Mer du Japon entre le continent asiatique et le Japon. Finalement, soulignons que l'activité sismique et volcanique au niveau de ces zones n'a pas cessé après ce phénomène : elle est encore d'actualité puisqu'un séisme de magnitude 8.3 sur l'échelle de Richter a eu lieu au pays du Soleil Levant le 25 septembre 2003.