Dynamique Interne de la Terre: Mobilité Lithosphérique

• Thème 1B : La dynamique interne de la Terre examine la dynamique de la lithosphère.
• Ce chapitre aborde la mobilité horizontale de la lithosphère et la dynamique des zones de divergence.

Mobilité Horizontale de la Lithosphère

• L'identification des limites de plaques est une composante.

Historique

• En 1919, Alfred Wegener a noté la complémentarité des continents.
• Wegener a suggéré une mobilité horizontale.
• Wegener a proposé la théorie de la dérive des continents en 1912.

Concepts Clés

• La lithosphère est fracturée en plaques rigides.
• Ces plaques se déplacent les unes par rapport aux autres (mouvement de tapis roulant).
• On parle de « tectonique des plaques »: limite de plaques où la roche est produite et s'éloigne + une limite de plaques où la roche se rapproche.

Limites des Plaques

• Production de matière se produit dans un contexte géodynamique de dorsale.
• Disparition de matière se produit dans un contexte géodynamique des fosses océaniques.

Dynamique des Zones de Divergence

• Les dorsales sont des frontières de plaques divergentes.
• Elles se manifestent par un fort flux géothermique.

Frontières Convergentes

• Les frontières convergentes créent des chaînes de montagnes et des fosses océaniques.
• Caractéristiques des frontières convergentes comprennent des foyers sismiques le long d'un plan et un fort flux géothermique au niveau de l'arc volcanique, faible en amont.

Hydratation de la Lithosphère Océanique

• L'hydratation joue un rôle dans la dynamique des plaques.

Identification des Limites de Plaques

• La répartition des séismes est due aux mouvements des plaques lithosphériques.
• Les dorsales présentent de forts flux géothermiques.

Mesurer les Déplacements Actuels

• La technologie, comme l'utilisation de satellites (GPS), permet de positionner des stations au sol.
• Le déplacement des plaques est mesuré en quelques centimètres par an.

Mesurer les Déplacements Passés

• Les alignements volcaniques résultent du déplacement d'une plaque océanique au-dessus d'un point chaud fixe.
• La datation des volcans et des roches de la croûte océanique permet de reconstituer le déplacement.
• Deux approches pour la datation : l'âge des sédiments océaniques au contact du basalte et les anomalies magnétiques enregistrées par les basaltes.

Mesurer les Déplacements Passés grâce au Paléomagnétisme

• Inversions régulières du champ magnétique sont présentes (lave a des cristaux de magnétite).
• Quand les cristaux arrêtent de s'écouler, ils refroidissent.
• En 1906, les cristaux de magnétite s'aimantent à 600°C, enregistrant la direction des pôles.
• Découverte en 1963 de la "Peau de zèbre" dans le paléomagnétisme : alternance d'anomalies positives et négatives.

Découvertes

• Les fonds océaniques se forment en permanence au niveau de la dorsale.
• Les bords de la dorsale s'écartent symétriquement, puis disparaissent au niveau des fosses.
• La vitesse d'expansion des fonds océaniques est liée à la distance à la dorsale de basaltes, indiquant une extension océanique.

Mesurer les Déplacements Passés Grâce à l'Étude des Sédiments :

• Glomar Challenger a réalisé des forages dans l'océan Atlantique.

Résultats

• Les sédiments au contact du basalte sont datés.
• Plus on s'éloigne de la dorsale, plus les sédiments sont anciens.

Conclusion

• Les sédiments se déposent lors de la formation du plancher océanique et s'éloignent avec lui.

Géologie et Tectonique des Plaques - Mesurer les Mouvements Passés

• Le fond océanique reçoit des sédiments de la prochaine ère géologique, indiquant une expansion océanique.
• Un point chaud est une ligne de volcans d'âge croissant au sein d'une même plaque tectonique.
• L'activité volcanique se produit lorsque le magma traverse la plaque, formant une structure volcanique.
• Le point chaud hawaïen montre que la plaque Pacifique se déplace à une vitesse moyenne de 9 cm/an.

Mesurer les Mouvements Actuels

• Les satellites, notamment le GPS (Global Positioning System), permettent un positionnement précis des stations au sol.
• Le suivi de la position d'une station révèle la direction et la vitesse du mouvement des plaques tectoniques au fil des années.
• Les mesures GPS actuelles indiquent des mouvements de plaques de quelques centimètres par an.

Âge du Fond Océanique

• Les cartes ne montrent aucune croûte océanique âgée de plus de 200 à 250 millions d'années, tandis que la croûte continentale peut avoir 3,8 milliards d'années.
• Il y a une destruction régulière du fond océanique
• Les fonds océaniques les plus anciens se trouvent à proximité de tranchées, ce qui signifie la lithosphère océanique s'enfonce au niveau de ces tranchées (subduction).

Types de Mouvements Horizontaux

• Divergence: Les plaques s'écartent au niveau des dorsales médio-océaniques.
• Convergence: Les plaques se rapprochent au niveau des tranchées océaniques ou des zones de collision continentale.
• Cisaillement: Les plaques glissent les unes sur les autres, provoquant des frictions.

Résumé des connaissances sur la mobilité horizontale

• La lithosphère terrestre est divisée en plaques mobiles.
• Les mouvements passés et actuels des plaques peuvent être quantifiés grâce à des études d'anomalies magnétiques, des mesures géodésiques, la détermination de l'âge des roches par rapport aux dorsales médio-océaniques, et l'alignements volcaniques liés aux hotspots.
• L'identification des indices géologiques et des mesures de courant permet de distinguer les zones divergentes et convergentes présentant des caractéristiques géologiques différentes.

Dynamique des Zones Divergentes

• La tomographie sismique révèle une anomalie de vitesse sous la crête, indiquant une matière chaude et liquide à faible profondeur (environ 20 km).

Production de Magma sur les Dorsales Médio-Océaniques

• La péridotite est la roche du manteau, composée principalement d'olivine et de pyroxène.
• Elle fond partiellement à des températures d'environ 1300°C et à basse pression.
• L'ascension de l'asthénosphère au niveau de la crête élève l'isotherme 1300°C pour permettre une fusion partielle de la péridotite du manteau (normalement 80 – 100 km de profondeur).
• Cela crée des conditions propices.
• La péridotite passe son solidus entre T=1250; 1450 et P=0,5;2,5 Gpa entre 20 et 80 km de profondeur au niveau d'une dorsale.
• En fonction du geotherme (T et P) et du contexte geodynamique: geotherme continental, geotherme oceanique et geortherme dorsale

Types de Mid-Ocean Ridges

• Crêtes rapides ont une vitesse d'expansion de 5 à 10 cm/an.
• L'activité volcanique est forte, avec un taux de fonte partielle élevé (jusqu'à 28%).
• La décompression entraîne une fonte partielle et la formation d'une croûte océanique constituée de gabbros surmontée de
• Crêtes lentes ont une vitesse d'expansion de 0,5 à 1 cm/an
• L'activité volcanique est faible, avec un taux de fusion partielle plus faible (entre 8 et 13).
• De grandes failles conduisent à l'exposition de péridotites du manteau.

Maturation Physique de la Lithosphère Océanique

• À mesure que la lithosphère s'éloigne de la crête, elle se refroidit et s'épaissit.
• La profondeur de l'isotherme 1300°C augmente, provoquant un épaississement de la lithosphère.
• Bien que la densité des roches de surface diminue (d = 2, 9), la densité globale de la lithosphère augmente en raison de l'ajout d'un manteau lithosphérique dense (d = 3, 3).
• La lithosphère s'enfonce dans l'asthénosphère la moins dense (d = 3, 25).

Hydratation de la Lithosphère Océanique

• La circulation de l'eau de mer dans la lithosphère modifie la composition minérale des roches de la croûte et du manteau:
• Le gabbro se transforme en gabbro à hornblende et la péridotite se transforme se serpentinise.

Viscosité du magma :

• La viscosité du magma dépend de la température (900°C) et de la teneur de silice (minerale) = 68% a 77%

Dorsale lente

• L'hydratation de la lithosphère océanique se produit lorsque la péridotite chaude entre en contact avec l'eau de mer et subit un hydrothermalisme.
• Les olivines et les pyroxènes réagissent avec l'eau et la chaleur pour former un minéral hydraté, la serpentinite.
• Ce processus est un changement à l'état solide, connu sous le nom de métamorphisme.
• Les péridotites changent d'aspect et sont appelées « péridotites serpentinisées » en raison de leur apparence semblable à celle de la peau de serpent.

Hydrothermalisme aux dorsales rapides :

• La présence de la chambre magmatique provoque des fissures dans la croûte océanique, facilitant la circulation de l'eau de mer.
• Le gabbro se transforme en métagabbro à hornblende.

Dynamique des Zones de Divergence

• La divergence des plaques autour des dorsales permet la formation d'une nouvelle lithosphère.
• Cette lithosphère se forme par apport de magmas mantelliques, créant une nouvelle croûte océanique.
• Ce magmatisme est dû à la décompression du manteau.
• Dans certaines dorsales (dorsales lentes), l'activité magmatique est réduite, exposant directement des zones du manteau.
• La croûte océanique et les niveaux supérieurs du manteau subissent une circulation d'eau qui modifie les minéraux.
• La nouvelle lithosphère se refroidit et s'épaissit en s'éloignant de l'axe, ce qui augmente progressivement sa densité.
• La lithosphère océanique s'affine et se fracture à cause de la divergence, créant une vallée appelée « rift ».
• En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique refroidit et s'épaissit.
• L'augmentation de profondeur (limite entre l'asthénosphère et la lithosphère) entraîne cet épaississement.
• Bien que la densité des roches superficielles soit de d = 2,9, la densité de la lithosphère augmente à d = 3,3.
• La lithosphère s'enfonce dans l'asthénosphère, avec une densité plus faible de d = 3,25.