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Le renforcement du modèle de la tectonique des plaques
Le renouvellement de la lithosphère océanique
Pour se tester
La tectonique des plaques, un modèle confirmé
Les tests réalisés par vous mêmes !
Au début des années 1960, il est établi que la lithosphère océanique s’élabore au niveau des dorsales, à l’origine de l’expansion océanique, et plonge dans le manteau au niveau des zones de subduction. Dans les années 1970, ces données vont être intégrées dans un modèle global : le modèle de la tectonique des plaques.
Les données modernes ne feront que confirmer ce modèle.
I-De nouvelles observations des fonds océaniques : les failles transformantes
Ce qu'il faut retenir :
Wilson, dans les années 1960, nomme failles transformantes de grandes cassures qui décalent l'axe des dorsales océaniques (en rouge sur le schéma).
Ces failles présentent une activité sismique importante qui correspond à des mouvements de coulissage entre les deux plaques en contact.
Les failles transformantes sont parallèles entre elles.
En 1967, Morgan remarque que la géométrie des failles transformantes peut s'expliquer si on admet un modèle en plaques rigides qui se déplacent à la surface sphérique du globe :
Les failles transformantes d'une dorsale sont de petits arcs de cercles tous centrés sur le même pôle (le pôle eulérien).
Leur observation permet donc de localiser ce pôle et de reconstituer le déplacement des deux plaques.
La découverte des failles transformantes a permis de :
Confirmer que les plaques tectoniques sont en mouvement
Montrer que les plaques lithosphériques sont en rotation.
Années 60 : découverte des failles transformantes :
Ø perpendiculaires aux dorsales
Ø forte activité sismique
Ø zone de coulissage entre les plaques.
En 1968, Le Pichon propose le modèle de la tectonique des plaques.
-> la lithosphère est divisée en plusieurs plaques rigides qui sont en rotation à la surface du globe.
-> limites horizontales des plaques = zones actives (riches en séismes et en volcans)
-> limites verticales des plaques =limite lithosphère / asthénosphère
3 types de frontières de plaques :
• divergentes au niveau des dorsales
• convergentes au niveau des fosses
• décrochantes au niveau des failles transformantes
II- Le renforcement et la confirmation du modèle de la tectonique des plaques
1°) Le volcanisme intraplaque (DM partie 1)
Dans de nombreux endroits du globe, on observe des alignements de volcans intra-plaques, en domaine océanique ou continental. Leur position ne correspond pas à des limites de plaques.
Ces volcans sont interprétés comme la trace du passage de la plaque au dessus d'un point chaud : c'est une zone à l'intérieur d'une plaque où il y a une remontée de magma. Ce magma perce la lithosphère ce qui crée un volcan, la plaque se déplace, elle à nouveau percé par le point chaud...
2°) Les âges des sédiments océaniques (DM partie 2)
Source : svtcharlie
Age des sédiments océaniques dans le fond des océans
Plus on s'éloigne de la dorsale et plus les sédiments sont épais et âgés. Ça confirme la théorie de l'expansion océanique : les basaltes formés au niveau de la dorsale s'en éloignent, les sédiments se déposent dessus. Comme les basaltes les plus éloignés de la dorsale sont les plus âgés c'est sur eux que se sont déposés le plus de sédiments (grande profondeur) et les sédiments les plus âgés.
3°) Les données GPS
TP 6 :
On connaît le vecteur déplacement de la station Goug situé sur la plaque eurasiatique à l'Est de la dorsale Atlantique.
On cherche à retrouver le vecteur déplacement de la station Höfn situé sur la même plaque.
Surprise Höfn se déplace beaucoup plus lentement que Goug alors qu'ils sont situés sur la même plaque !
Une explication :
J'ai besoin de visualiser le phénomène en 3 D : Je clique ICI
4°) La tomographie sismique
Act 6
En 1968 le modèle de la tectonique des plaques est proposé. Les mouvements des plaques (vitesse et direction) sont définis à partir des données géologiques connues à l’époque :
Les vitesses d’expansion calculées à partir des anomalies magnétiques du fond des océans (ex 5 p.111 que vous avez réalisé)
La géométrie des failles transformantes qui permet de retrouver l’axe eulérien de rotation des plaques
Les déplacements générés lors des séismes.
C’est le cas du modèle appelé Nuvel -1.
→ Les vecteurs déplacement ont été déterminé avant l’invention des GPS.
→ Les vecteurs déplacement obtenus à partir des données GPS correspondent quasi-parfaitement aux vecteurs calculés avec d’autres méthodes : Les mesures enregistrées par les stations GPS (Global Positionning System) montrent que les plaques se déplacent de quelques cm/an ce qui est en accord avec les mesures déjà calculées à partir du magnétisme du plancher océanique.
Dans le TP 4 vous avez démontré que les ondes sismiques qui se propagent dans un matériau ralentissent quand le matériau se réchauffe. Une technique a été développée à partir de ce principe physique : c’est la tomographie sismique (principe décrit dans le doc 3 p.125). Attention ne pas confondre avec les anomalies du flux thermiques !
Voici des tomographies sismiques réalisées sur différents lieux du globe à l’aide du logiciel tomographie2 (ce logiciel reprend les données de la NASA (http://www.ac-nice.fr/svt/productions/html5/tomo2/index.htm). Pour chacune la coupe réalisée a été localisée.
Tomographie sismique au niveau de la fosse de l'Amérique du Sud
→ Les anomalies tomographiques montrent que sous la dorsale il n’y a pas une remontée de la péridotite depuis le manteau mais que la zone chaude se situe dans les 1ers km sous la dorsale. Elles montrent qu’au niveau des dorsales la lithosphère plonge quasiment jusqu’à la limite manteau/noyau où elle finit par disparaître.
Act 7 : Différence entre le modèle de la tectonique des plaques et l'expansion océanique
Tomographie sismique au niveau de la dorsale Atlantique
Document 1 tomographie sismique verticale entre 0 et 2900 km de profondeur entre l’Atlantique Sud et le Pacifique Sud.
Doc 2 : Coupe de profil de la lithosphère en fonction de la distance à la dorsale
Ce qu’il faut retenir :
La tomographie est l’étude de la vitesse des ondes sismiques en profondeur. Cette technique montre que :
- Au niveau des zones de subduction du matériel froid plonge jusqu’à environ 2900 km : la lithosphère « plonge » jusqu’au noyau
- En dessous des dorsales une zone chaude est présente seulement sous les premières centaines de km : il n’y a pas de remontée de matériel chaud depuis le noyau!
La lithosphère océanique devient de plus en plus épaisse au fur et à mesure qu’elle vieillit et qu’elle s’éloigne de la dorsale. Sa densité augmente et devient supérieure à celle de l’asthénosphère : la lithosphère plonge dans l’asthénosphère.
III-Le renouvellement de la lithosphère océanique
TP 7
Le modèle de la tectonique des plaques indique que du magma remonte du manteau et qu’il forme le basalte et le gabbro du plancher océanique. Or le manteau est formé de péridotite. Comment la péridotite peut-elle donner par fusion 2 roches différentes d’elle-même ?
La composition chimique d'un basalte de la lithosphère océanique est proche de la composition du liquide issue de la fusion partielle de la péridotite pour un taux proche de 15%.
Résultats du TP :
Cristallisation de la vanilline à différentes températures
Lorsque le magma refroidit lentement (en profondeur) les cristaux qui se forment sont de grande taille, la roche obtenue a une structure grenue : c’est ainsi que les gabbros se forment. Lorsque le magma refroidit rapidement (en surface) les cristaux sont de petites tailles, ils forment des microlites : c’est ainsi que le basalte se forme.
Ce que je retiens :
Au niveau de la dorsale l’isotherme 1300°C (ligne le long de laquelle la température reste à valeur constante) est très proche de la surface, la lithosphère est mince et l’asthénosphère remonte. Cette remontée provoque une décompression des péridotites du manteau et leur fusion partielle.
Il se forme alors un magma qui, en fonction de sa vitesse de refroidissement, formera un gabbro ou un basalte : c’est ainsi que naît la lithosphère océanique, c’est un phénomène permanent.
Aucune roche océanique n’est âgée de plus de 200 Ma ce qui montre que la croûte océanique est détruite progressivement, de plus, la profondeur du plancher océanique augmente avec son éloignement à la dorsale et donc avec son âge. Cela suggère que le plancher s’enfonce progressivement dans l’asthénosphère.
Tomographie sismique du manteau sous une dorsale :
Les ondes sismiques sont ralenties seulement dans une zone comprise à quelques kilomètres de la surface sous une dorsale. Il n’y a donc pas de remontée de la péridotite depuis le noyau. De même on n’observe pas de zones de convection dans le manteau contrairement à ce qu’avait imaginé Hess. Le modèle de l’expansion océanique tel qu’il avait décrit (double tapis roulant) est donc rejeté. La tectonique des plaques admet tout de même que la dorsale est le lieu de formation de la lithosphère océanique.
Bilan de la tectonique des plaques :
Au niveau des zones de subduction la lithosphère océanique âgée et dense s’incorpore dans le manteau : c’est là que disparaît la lithosphère océanique. Un amincissement de la croûte océanique au niveau des dorsales entraîne une remontée de péridotite qui entre en fusion partielle sous les 1ers km en dessous d’une dorsale : c’est là que se forme la croûte océanique. Dorsales et fosses participent au renouvellement de la lithosphère océanique.
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