CHAPITRE 6 DE LA DERIVE DES CONTINENTS À L EXPANSION OCEANIQUE

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1 ATTENTION : ENCADRE ROUGE = CE QUI EST A SAVOIR ABSOLUMENT CHAPITRE 6 DE LA DERIVE DES CONTINENTS À L EXPANSION OCEANIQUE Au début des années 1960 de nouvelles données et surtout l étude des fonds océaniques vont permettre de «réhabiliter» les idées de Wegener. En 1968 émerge la première version du modèle de la tectonique des plaques. Pb. Scientifique général du CHAP. 06 : - Comprendre comment les études des fonds océaniques ont permis de vérifier l hypothèse d une expansion océanique. - Comprendre comment les données de la sismique ont permis de découvrir la dynamique de la lithosphère par rapport à l asthénosphère. - Proposer un modèle global de la tectonique des plaques Acquis antérieurs : 4ème : - Savoir représenter sur une coupe du globe, une plaque, la croûte d'un continent, celle d'un océan, le manteau, le noyau. - La partie externe de la Terre, appelée lithosphère, est formée de plaques rigides limitées par des zones riches en séismes et volcans. - Les plaques se forment et s écartent au niveau des dorsales. Elles se rapprochent et disparaissent dans les fosses océaniques. Les mouvements des plaques entraînent le déplacement des continents, l ouverture et la fermeture des océans. - Lorsque deux masses continentales se rapprochent et s affrontent, cela conduit à la formation de chaînes de montagnes. Introduction Le modèle de la tectonique des plaques a mis du temps à s imposer. Il a fallu attendre près de 50 ans pour que des données de plus en plus nombreuses et convergentes permettent de faire émerger en 1968 une première version de ce modèle. I Mise en évidence d une convection mantellique Les 1ères preuves de l expansion océanique ACTIVITE 1 : TOPOGRAPHIE DES CONTINENTS ET REPARTITION DU FLUX GEOTHERMIQUE OBJECTIF : - Comprendre comment la convergence des observations océanographiques avec les mesures de flux thermiques a permis d avancer l hypothèse d une expansion océanique réactualisant l idée d une dérive des continents A- Topographie des fonds océaniques Nathan doc. 1b page 164 (dorsale atlantique nord), Carte des fonds océaniques (couverture verso) + page 151 (le Nautile) Les campagnes d explorations des océans ont permis de découvrir les dorsales, véritables «montagnes» sous marines (+s milliers de m de hauteurs sur +s milliers de km de largeur). Ces reliefs sous-marins coïncident avec les anomalies thermiques positives. 1

2 Au début des années 1960 les nouvelles techniques d exploration (échosondage) permettent de découvrir le RELIEF DES FONDS OCEANIQUES. Trois structures principales sont présentes : Les marges continentales constituées d un plateau peu profond (200 mètres) prolongé d un talus qui descend jusqu aux plaines abyssales. Les plaines abyssales vers 4000 à 5000 m de profondeur bordées parfois de fosses océaniques profondes ( m) - Elles coïncident avec les anomalies thermiques négatives. Les dorsales océaniques, «chaînes de montagnes» sous-marines de plus de km de long. Des basaltes et des gabbros récemment mis en place sont prélevés au niveau des dorsales. D autres études montrent qu une forte quantité thermique est dissipée au niveau des dorsales B- Variations du flux thermique Au cours de sa formation, la Terre a accumulé de la chaleur qu elle dissipe encore de nos jours. Une autre source de chaleur interne est la désintégration d isotopes radioactifs. Nathan doc. 1 page 134 (flux géothermique) Le flux de chaleur dissipée à la surface de la Terre est de W. Il correspond à la quantité de chaleur interne du globe dissipée par mètre carré en surface, il est en moyenne de 60 mw/m 2. On observe des variations importantes de ce flux, avec un flux très élevé au niveau des dorsales qui prouve la proximité de matériaux peu profonds et très chauds et un flux anormalement faible au niveau des fosses océaniques. Remarque : ceci correspond à la puissance d'une ampoule de 50W éclairant une surface carrée de 25 m de côté ; à titre de comparaison, le rayonnement solaire à la surface de la Terre apporte W). La dissipation de l énergie interne se manifeste donc principalement par un flux de chaleur en surface (appelé flux géothermique), 100 fois + fort que l énergie cumulée des séismes et des volcans. Ce flux de chaleur est responsable de l élévation de la température avec la profondeur (30 C/km dans la croûte). Le flux de chaleur est plus élevé au niveau des dorsales océaniques (anomalies thermiques positive) et plus faible au niveau des continents (anomalies thermiques négatives). 2

3 C- Convection mantellique " Relief et flux thermique sont donc liés. Le bombement des dorsales serait dû à une montée de matériel chaud provenant du manteau. Mais une roche solide (la péridotite) peut-elle bouger? Nathan doc. 2 page 134 (convection), sur site : «l expérience de la goutte de goudron» La péridotite est une roche solide mais ductile (ou plastique), qui peut se déformer très lentement (à l échelle des temps géologiques). Un «mouvement» de péridotite peut donc s établir dans le manteau. # Expérience de convection + lampe à cire (livre doc. 3 page 307) La péridotite, en chauffant, se dilate progressivement et sa densité diminue (comme la cire de la lampe). Lorsque la densité de la péridotite chaude devient inférieur à celle de la péridotite plus froide, elle monte grâce à cette différence de densité (c est la poussée d Archimède).arrivée en surface, la péridotite refroidit et le phénomène s inverse : elle redescend. C est le phénomène de convection. En 1962, un géologue Hess, fait la synthèse de ces observations ; il propose qu une remontée de matériel chaud d origine profonde en provenance du manteau se produit dans l axe des dorsales (hypothèse proposée 30 ans plus tôt par Holmes, voir chapitre 5). Lors de sa remontée, il se refroidit et permet la formation de gabbros et de basaltes en surface. Ces mouvements ascendants de convection aboutissent donc à la mise en place du plancher océanique au niveau d une dorsale. Cette idée d expansion des fonds océaniques correspond à un nouveau modèle de fonctionnement des fonds océaniques qui confirme la mobilité des continents et qui marque une véritable révolution des Sciences de la Terre. En revanche, il ne s impose pas encore à l ensemble de la communauté scientifique. Bilan - Au début des années 1960, les découvertes de la topographie océanique et des variations du flux thermique permettent d imaginer une expansion océanique par accrétion de matériau remontant à l axe des dorsales, conséquence d une convection profonde. 3

4 L hypothèse de l expansion océanique est formulée en 1962 : le débat concernant la mobilité des continents est alors relancée. Comment valider l hypothèse de l expansion océanique? Pb : Comment les traces magnétiques présentes dans certaines roches ont-elles permis de confirmer la mobilité continentale et l expansion des fonds océaniques? II Une confirmation de la mobilité : paléomagnétisme et expansion des fonds océaniques ACTIVITE 2 : L APPORT DU PALEOMAGNETISME OBJECTIF : - Comprendre comment la corrélation entre les anomalies magnétiques découvertes sur le plancher océanique et la connaissance plus ancienne de l existence d inversion des pôles magnétiques confirma l hypothèse de l expansion océanique. - Calculer des taux d expansion Dans les années 1950, on découvre l existence d anomalies magnétiques disposées en bandes parallèles et symétriques par rapport à l axe de la dorsale. (doc.1 p.136) En 1963, Vines et Matthews montrent que les anomalies magnétiques sont une projection sur le fond des océans de l échelle des inversions du champ magnétique terrestre (doc 3 p ). Ils expliquent ces anomalies en considérant que : - Le champ magnétique mesuré au dessus des océans est la somme du champ magnétique terrestre actuel et du champ magnétique soit normal soit inverse «mémorisé» par les basaltes au moment de leur formation. (doc.2 p.137) - Les basales se mettent en place à l axe de la dorsale puis s en écartent ensuite. - La croûte océanique est d autant plus âgée qu elle est éloignée de l axe de la dorsale. L hypothèse de l expansion océanique est ainsi validée, et on peut, grâce à l échelle temporelle des inversions du champ magnétique terrestre, calculer des vitesses d expansion océanique. Bilan - La mise en évidence de bandes d anomalies magnétiques symétriques par rapport à l axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phénomènes d inversion des pôles magnétiques (connus depuis le début du siècle) permet d éprouver cette hypothèse et de calculer des vitesses d expansion. 4

5 Pb : Comment des données sismiques permettent-elles de confirmer un mouvement du plancher océanique? III Le concept Lithosphère / Asthénosphère TP 13 TP ETUDE DES ONDES SISMIQUES AU NIVEAU D UN ARC INSULAIRE ACTIVITE 3 : Le concept Lithosphère / Asthénosphère et mobilité des plaques OBJECTIFS : - Saisir et exploiter des données sur logiciels pour mettre en évidence la répartition des foyers sismiques au voisinage des fosses océaniques - Comprendre comment l interprétation de la distribution particulière des foyers des séismes permet : - de définir la lithosphère par rapport à l asthénosphère - de confirmer, dans le cadre du modèle en construction, que la lithosphère océanique retourne dans le manteau. Au début des années 1960, plusieurs arguments suggèrent que la croûte océanique retourne dans le manteau au niveau des fosses océaniques. - Les fosses océaniques sont le siège d une importante activité sismique - les foyers des séismes sont localisés jusqu à une profondeur de -700 Km - la profondeur des foyers sismiques augmente avec la distance à la fosse océanique Ces foyers sont répartis selon un plan incliné : le plan de Wadati-Benioff. La répartition des séismes au niveau des fosses suggère qu un matériel rigide s enfonce dans le manteau suivant une trajectoire correspondant au plan de Wadati-Benioff. Au milieu des années 1960, la variation de la propagation des ondes sismiques le long du plan de Wadati-Benioff prouve qu un matériau rigide et froid plonge dans le manteau en suivant le plan de Wadati-Benioff. Ce matériau constitué de la croûte océanique et de la partie superficielle du manteau (épaisseur d environ 100km) est la LITHOSPHERE OCEANIQUE. Au niveau des fosses océaniques, la lithosphère plonge dans l asthénosphère plus chaude et plus déformable que la lithosphère.. L ASTHENOSPHERE est délimitée à sa base par l isotherme Au-delà de cette température, les roches ont un comportement ductile : elles se déforment sans casser. 5

6 Bilan - - Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers sismiques en fonction de la profondeur s établit selon un plan incliné, le plan de Wadati-Benioff. - Les différences de vitesse de propagation des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan par rapport à celles qui s en écartent, permettent de distinguer la lithosphère de l asthénosphère. - L interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s enfonce dans le manteau au niveau de fosses dites de subduction. - La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l isotherme 1300 C. Bilan : 6

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