La machine Terre

 

Un puzzle de zones stables : les plaques.

 

La carte ci-dessous montre la localisation des séismes et des éruptions volcaniques : ils forment des lignes autour de l'océan Pacifique, au centre de l'océan Atlantique, etc.

 

 

La comparaison des cartes de répartition mondiale des séismes et des volcans montre l'existence de zones actives étroites, entourant de vastes zones tranquilles. On appelle plaques lithosphériques ces zones stables du globe.

Si la majorité des séismes a lieu à la frontière des plaques, il se produit aussi parfois des séismes "intra-plaque" ; c'est le cas de certains séismes en Inde.

Une définition à trouver

Des cartes des plaques

 

Ondes sismiques et structure du globe

 

 

Quand il y a un séisme, des ondes sismiques se propagent à partir du foyer, et circulent dans toutes les directions à l’intérieur de la Terre. L’étude de leur propagation peut renseigner sur la structure plus profonde de notre globe, par exemple sous un océan.

Pour une roche donnée, la vitesse des ondes qui la traversent est d’autant plus élevée que la rigidité de la roche est importante.

On aurait pu utiliser un autre type d’onde sismique : les ondes S ; il est facile de différencier ces ondes sur un sismogramme : les ondes P arrivent en premier, les ondes S en second.

 

 

Des mesures effectuées en laboratoire permettent de connaître la vitesse de propagation des ondes S dans diverses roches et dans des matériaux d’états différents.

Matériau

Vitesse moyenne de propagation des ondes sismiques S (km/s)

argile

2,2

micaschiste

2,4 à 3,2

granite

2,4 à 3,2

basalte

3,5 à 4

péridotite

4,5 à 7,8

roche liquide

les ondes S ne se propagent pas.

 

La croûte terrestre est la partie la plus superficielle du globe terrestre dont l'épaisseur varie de 6 à 70 km. 

  • La croûte océanique est située sous les océans ; son épaisseur varie entre 6 et 11 km ; elle est constituée de roches jeunes (moins de 200 millions d’années) telles que des basaltes. 

  • La croûte continentale est située sous les continents ; elle est très épaisse, 30 à 40 km en moyenne, jusqu’à 70 km sous les montagnes. Elle est constituée de roches anciennes telles que des granites ; certaines roches ont 3,8 milliards d’années. 

Le manteau, région de l'intérieur de la Terre, est une couche qui s'étend de la base de la croûte terrestre jusqu' à 2.900 km de profondeur. On distingue

  • un manteau supérieur (de la base de la croûte à une profondeur d’environ 670 km, formé de péridotite, partiellement fondu entre 100 et 400 km environ) ; 

  • un manteau inférieur (de 670 à 2.900 km de profondeur).

La lithosphère est la partie superficielle du globe terrestre, de 70 à 150 km d'épaisseur, constituée de la croûte et du manteau supérieur.

L'asthénosphère est la partie du manteau située sous la lithosphère. La température augmente avec la profondeur ; à environ 100 km de profondeur, elle dépasse 1200°C, ce qui suffit pour faire fondre une partie des roches du manteau. Ce matériau partiellement fondu forme l’asthénosphère. Epaisseur de l’asthénosphère : environ 200 km.

 

Les mouvements des plaques

 

Les mouvements de convection (Transfert d'une quantité de chaleur, d'une zone chaud vers une zone froide, sous la forme d'un déplacement de matériaux) dans le manteau sont à l’origine du déplacement des plaques.

Cette convection est possible car il existe un gradient géothermique = variation de la température des roches en fonction de la profondeur. L’augmentation de température est en moyenne de 30°C par km près de la surface du globe ; le gradient diminue ensuite avec la profondeur. La température au centre le la Terre serait proche de 5000°C.

Origine de cette chaleur : les roches du globe terrestre contiennent des éléments radioactifs comme l’uranium ; on estime que l’énergie produite chaque seconde par la désintégration de ces éléments est équivalente à celle produite par 40 000 centrales nucléaires.

 

Comment reconstituer l'histoire des continents ?

 

Les fossiles aident à reconstituer l'histoire des continents...

 

Il n'y avait autrefois qu'un seul continent appelé Pangée. Ce continent s’est fragmenté pendant le secondaire en deux blocs : 

partiellement séparés par un océan, la Téthys, en forme de coin ; la pointe tournée vers l’est occupait l’emplacement actuel des Alpes et, à l’ouest, la Téthys s’ouvrait largement sur un super-Pacifique. La Téthys a disparu, prise dans la collision entre l’Afrique, l’Arabie et l’Inde, au sud, et l’Eurasie, au nord. 

Cette Pangée n’a pas duré plus de quelques dizaines de millions d’années. Elle résultait d’une série de collisions entre continents qui se sont produites vers la fin de l’ère primaire. Il est très difficile de reconstituer avec précision les étapes antérieures à deux cents millions d’années, car le fond des océans sur lequel elles se sont inscrites a disparu au sein de la Terre. Il est probable qu’une Pangée similaire a existé plusieurs fois au cours de l’histoire de la Terre.

 

L'immense continent appelé Gondwana s’est peu à peu disloqué pour donner naissance à ce qui est aujourd’hui le continent africain, sud-américain, indien, plus l’Australie et l’Antarctique. Quand ces terres se sont-elles séparées ? On pensait que cela s'était passé il y a environ 120 millions d'années.

Mais en 2004, cette datation est modifiée par la découverte de nouveaux fossiles. Des paléontologues américains ont découvert dans les sables du Sahara (au Niger) un crâne et une partie de squelette ayant appartenu à deux dinosaures de la famille des abélisauridés. On savait que cette famille de dinosaures était présente dans les continents de l’hémisphère sud, mais elle était inconnue en Afrique.
Spinostropheus gautieri et Rugops primus, noms donnés aux spécimens découverts, n’ont que 95 millions d’années. Ce qui signifie qu’il y a environ 100 millions d’années le Gondwana n’était pas encore totalement disjoint.  

 

Un cours sur la dérive des continents

La dérive des continents depuis 250 millions d'années

L'histoire de la Terre  

Histoire de la dérive des continents

 

La structure de la Terre

 

 

Accrétion

 

Accrétion océanique = Création de croûte océanique dans l'axe des dorsales (zone d'écartement de plaques).

 

 

Subduction

 

Subduction = convergence entre 2 plaques lithosphériques, caractérisée par une forte activité volcanique et sismique, due à l'enfoncement de la lithosphère océanique dans l'asthénosphère.

 

La subduction : une vieille histoire ?

Le volcanisme des zones de subduction

 

Exemple : on observe des séismes et des volcans dus à un mouvement de subduction au Salvador.

 

Collision

 

Collision = Affrontement de masses continentales s'accompagnant de déformations très importantes de la croûte terrestre et provoquant la formation des chaînes de montagne. (On appelle orogenèse = orogénèse l'ensemble des phénomènes géologiques qui entraînent la formation des montagnes.)

Exemples : 

  • la collision entre la plaque africaine et la plaque eurasiatique est à l’origine des Alpes (voir une Histoire animée des Alpes niveau lycée)

  • la collision entre la plaque indienne et la plaque eurasiatique est à l’origine de l’Himalaya... et de nombreux séismes en Chine.