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Distribution des foyers sismiques en zone de subduction
La relance des idées mobilistes
Pour se tester
QCM : nécessite des connaissances du chapitre 3
QCM la structure interne du globe
Vous trouverez en fichier joint tout en bas de la page : Le cours chap 2 / Le diaporama du cours / Les TP et les activités
Vers 1930 la théorie de la dérive des continents est rejetée et les connaissances en géologie sont très sommaires. On sait que la croûte océanique est constituée de basalte et de gabbro et que les granites constituent la croûte continentale. Pourtant de nouvelles découvertes vont permettre de relancer l'idée d'une mobilité des continents.
I- La 2nde guerre mondiale, une « chance » pour relancer l’idée d’une mobilité horizontale des océans.
Durant la 2nde guerre mondiale, les sous-marins ont joué un rôle militaire essentiel. Les efforts faits par les marines anglaise et américaine pour détecter les sous-marins allemands ont contribué à améliorer notre connaissance du champ magnétique au fond
des océans. Partant de l’idée que les sous-marins métalliques perturbaient le champ magnétique terrestre, les alliés ont entrepris de cartographier le champ magnétique des fonds océaniques, notamment les zones côtières. Ainsi en 1945, les principales caractéristiques du champ magnétique terrestre du fond des océans étaient connues. Des bandes faiblement magnétiques alternent avec des bandes fortement magnétiques, à la manière du pelage d’un zèbre.
Apport de connaissances sur le magnétisme :
La Terre possède un champ magnétique. Celui-ci provient du noyau externe constitué de liquide métallique (Fer et Nickel). Des courants se produiraient dans ce noyau entraînant des courants électriques à l'origine du champ magnétique. La Terre se comporte comme un dipôle et nos boussoles s'orientent dans la direction du champ magnétique vers le Nord magnétique.
Ce Nord magnétique varie au cours du temps et s'est même inversé à plusieurs reprises au cours de l'histoire. Nous le savons car certains minéraux au moment de leur formation cristallisent dans la direction du champ magnétique . C'est le cas de la magnétite contenue dans le basalte. Lorsqu'un magma est chaud il ne contient aucun cristaux visibles puisqu'ils sont tous fondus. En refroidissant les cristaux se forment. Lorsque les cristaux de magnétite refroidissent et atteignent une température appelée Point de Curie ils s'orientent selon le champ magnétique présent au moment du refroidissement.
Mécanisme de l'orientation des cristaux de magnétite selon le champ magnétique présent au moment de leur cristallisation
Pendant le refroidissement de lave, qui donnera naissance à du basalte, certains minéraux (comme la magnétite) acquièrent une aimantation quand ils atteignent une certaine température (appelée température de Curie). Cette aimantation s’oriente selon la direction du champ magnétique terrestre. Une anomalie magnétique positive enregistrée dans le basalte traduit le fait qu’au moment de la formation du basalte le champ magnétique était identique à aujourd’hui, une anomalie magnétique négative traduit un champ magnétique opposé à l’actuel.
La cartographie du fond des océans est également réalisée pour la navigation des sous‐marins pendant la 2e guerre mondiale, c’est la bathymétrie (les techniques s’amélioreront dans les années 1960).
Les nombreux forages permettent aussi de mesurer la température des 1ers kilomètres de la surface terrestre et ainsi de tracer les 1ères cartes du flux géothermiques.
►Quelles nouvelles données (en partie militaire) ont permis de relancer l’idée d’une mobilité horizontale des océans dans les années 1960 ?
TP 4 (voir fichier joint en bas de la page pour le sujet du TP) :
Carte du flux géothermique
Bathymétrie le long de la coupe (attention la coupe ne figure pas ici mais figurait sur le logiciel lors du TP)
Report du flux géothermique sur le profil topographique
Le scientifique Hess a déduit de ces observations que du matériel chaud devait remonter au niveau des dorsales. Ce matériel chaud forme le plancher des océans (le basalte). Pour lui, le plancher océanique s'écarte de part et d'autre de la dorsale au fur et à mesure de sa formation.
Carte des anomalies magnétiques
Report des anomalies magnétiques sur le profil topographique
En 1963, Vine et Matthews réalisent une synthèse des différentes données (Inversion des pôles, anomalies magnétiques de la croûte océanique, reliefs des fonds océaniques, hypothèse de Hess) et proposent une explication à l’expansion océanique (accroissement de la surface d’un océan à partir de la dorsale). Au niveau de la dorsale, il y a une activité magmatique qui conduit à la fabrication de nouveaux basaltes qui repoussent les basaltes plus anciens de part et d’autre de la dorsale. Les basaltes mis en place au cours de périodes normales présentent une anomalie magnétique positive et les basaltes mis en place lors d’une période inverse présentent une anomalie négative L’âge des différents basaltes et la symétrie par rapport à la dorsale prouvent que la dorsale est le siège d’une formation permanente de basalte qui provoque une expansion océanique.
Ce qu’il faut retenir :
Au début des années 1960, on connaît parfaitement la topographie (le relief) des planchers océaniques. Une grande chaîne de montagne (les dorsales) forme un relief continu au fond des océans. Cette dorsale est bordée de part et d’autres par les plaines abyssales.
Dans les années 1950, on découvre l’existence d’anomalies magnétiques disposées en bandes parallèles symétriquement par rapport à la dorsale. Les basaltes en se refroidissant acquièrent une aimantation dans le sens du champ magnétique ambiant. L’étude de l’aimantation des basaltes a permis de déterminer que le champ magnétique de la Terre s’inversait régulièrement au cours de l’histoire géologique. L’interprétation des anomalies magnétiques symétriques par rapport à l’axe de la dorsale conduit des géologues à valider la théorie de l’expansion océanique. On peut même calculer la vitesse d’expansion océanique car on connaît l’échelle de temps des inversions du champ magnétique.
Une forte quantité de chaleur (énergie thermique) se dégage au niveau de la dorsale.
En 1962, Hess fait la synthèse de ses observations et propose qu’une remontée de matériel chaud (mouvements ascendants de convection) en provenance du manteau se produit au niveau de la dorsale, cela crée le plancher océanique qui s’éloigne ensuite de part et d’autre de la dorsale : c’est la théorie de l’expansion océanique.
Animation illustrant ce bilan cliquez : ici
Un résumé en vidéo (il y a même des notions que l'on n'a pas encore étudiées) :
II-L’étude des fosses océaniques
TP 5
En 1935, le simologue japonais Wadati observe que les foyers des séismes profonds au niveau de la fosse du Japon se placent le long d'un plan incliné. Le sismologue Benioff le confirme en 1949 et généralise cette observation à toutes les fosses océaniques.
Au milieu des années 1960, on découvre que les ondes sismiques ne se propagent pas toutes à la même vitesse dans le manteau au niveau des fosses océaniques : elles se propagent plus rapidement le long du plan de Wadati-Benioff.
Coupe réalisée au niveau de la fosse des Cordillères des Andes
Des mesures de vitesse des ondes sismiques dans des matériaux à différentes températures montrent que les ondes sont ralenties dans un matériau à plus haute température. Le plan de Wadati-Benioff est alors interprété comme le signe d'un matériau froid et solide plongeant dans un matériau plus chaud et ductile (capable de se déformer).
Act 5
L'étude de la vitesse des ondes P et S en fonction de la profondeur montre que, vers 100 km, le manteau (constitué de péridotite) atteint une température de 1300°C et que son comportement devient alors ductile. Les ondes sismiques sont ralenties dans cette zone qu'on qualifie de LVZ (Low Velocity Zone). La partie au dessus de cette LVZ est alors qualifiée de lithosphère : elle comprend la croûte et le manteau constitué de péridotite au comportement cassant. Le manteau situé en dessous de 100 km de profondeur et au dessous de l'isotherme 1300°C est appelé l'asthénosphère : son comportement est ductile.
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