La tectonique des plaques et la cinématique

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1 La tectonique des plaques et la cinématique Partie 3 En 4 parties Sommaire 1. Les bandes d anomalies magnétiques 2. Les bandes d anomalies magnétiques : exemples de levers 3. Les bandes d anomalies magnétiques : la carte mondiale des linéations magnétiques 4. La datation des anomalies magnétiques 5. La datation des anomalies magnétiques : apports des forages océaniques (2 diapos) 6. La datation des anomalies magnétiques : l échelle des inversions magnétiques (2 diapos) 7. Les anomalies magnétiques : dorsales lentes - dorsales rapides (3 diapos) 8. Les anomalies magnétiques : la carte de l âge des fonds océaniques 9. Les anomalies magnétiques : la carte des taux de production de lithosphère océanique 10. Le paléomagnétisme terrestre Voir chapitre 8 Découvrez la 15 e édition du «Pomerol» tout en couleurs, Éléments de Géologie (Dunod, 2015, M. Renard, Y. Lagabrielle, E. Martin, M. de Rafélis), à jour des dernières connaissances de la recherche en géosciences. Un livre qui répond aux exigences des étudiants, des candidats aux concours, des enseignants, des chercheurs Et de l amateur éclairé! Toute l info sur ce livre << Tous les reportages de terrain de elements-geologie.com

2 Les failles Partie 3 : failles inverses et chevauchements 1. Les bandes d anomalies magnétiques L enregistrement des variations du champ magnétique terrestre se fait à l aide de magnétomètres (magnétomètres à proton depuis 1955) embarqués à bord d avions (aéromagnétisme) ou en remorque à l arrière de navires. On navigue le long de routes serrées et parallèles. De très nombreuses campagnes marines depuis les années 1960 ont montré que les variations du champ magnétique terrestre s organisent en bandes parallèles montrant des anomalies négatives ou positives par rapport au champ moyen. Les laves émises à la crête des dorsales prennent, en se refroidissant, une Aimantation Thermorémanente (ATR) correspondant à l orientation du champ géomagnétique de l époque. Les laves enregistrent ainsi les inversions du dipôle géomagnétique au cours du temps : l anomalie est négative lorsque le champ enregistré était inverse du champ actuel. Ces anomalies ne sont pas visibles au niveau de l équateur car l amplitude y est plus faible. Un magnétomètre prêt pour la mise à l eau sur la plage arrière d un navire. Merci à H. Ondréas, Ifremer

3 2. Les bandes d anomalies magnétiques : exemples de levers Carte d un lever aéromagnétique au dessus du Groenland et de l Islande : noter les bandes d anomalies très visibles au dessus de l océan. Les deux documents ci-dessus sont historiques. Ils ont permis de montrer la symétrie des anomalies magnétiques. Au large de la Californie, on a montré l organisation en bandes d anomalies de sens opposé et le décalage par les zones de fractures (Vine, 1966). Sur la dorsale de Reykjanes, au sud de l Islande (Vine, 1966), on a pu confronter les données océaniques (acquises par aéromagnétisme) avec les données à terre sur le magnétisme des laves et sur leur âge. C est ainsi que s est imposée la notion de Sea Floor Spreading : expansion des fonds océaniques, sous l impulsion des scientifiques Vine, Mathews et Morley. Exemple de lever magnétique brut dans l océan indien, montrant le patient travail de corrélation que l on doit effectuer avant de proposer une interprétation en bandes d anomalies noires et blanches. (Document J. Dyment, IPGP)

4 3. Les bandes d anomalies magnétiques : la carte mondiale des linéations magnétiques La carte ci-dessus montre l ensemble des linéations magnétiques levées à ce jour. C est en datant ces linéations que l on obtient la carte de l âge des fonds océaniques. Les encarts B et C sont détaillés sur les diapositives 10 et 11 suivantes.

5 4. La datation des anomalies magnétiques Il est rapidement apparu crucial de dater les anomalies magnétiques pour prouver définitivement la symétrie par rapport à l axe. On peut soit dater directement les basaltes responsables d une anomalie donnée par radiochronologie (méthode K/Ar essentiellement) soit obtenir l âge des premiers sédiments déposés dessus, grâce à la micropaléontologie. Les résultats du Leg 3 DSDP : l âge du fond de l océan croît bien avec la distance à l axe. La preuve de l expansion océanique est faite. Il fallait forer à travers le plancher océanique pour récupérer des carottes de socle et de sédiment. Pour cela, les institutions océanographiques américaines réunies sous la bannière JOIDES on promu un programme de forage (DSDP, deep sea drilling project) dont les premières campagnes avaient pour but d établir la chronologie des anomalies magnétiques.

6 5. La datation des anomalies magnétiques : apports des forages océaniques Le derrick du Joides La remontée du carottier Le Joides Resolution Des sédiments carbonatés finement lités dans le forage n Un bon matériel pour la micropaléontologie Le Chikyu Un trépan pour carotter les roches dures Le programme DSDP ( ) a eu ensuite d autres objectifs ; en devenant international en 1985, il évolua en ODP (ocean drilling program), puis depuis 2003 en IOPD (integrated ODP). DSDP opérait à partir du Glomar Challenger, ODP à partir du Joides Resolution et IODP intègre plusieurs plateformes dont le Joides rénové (et peint en bleu!) et le gros foreur japonais Chikyu avec riser (forage sécurisé étanche).

7 5. La datation des anomalies magnétiques : apports des forages océaniques (suite) Nous présentons ci-contre 3 vues du globe centrées sur les 3 océans, montrant le nombre total de forages réalisés depuis 1968 en différentes couleurs pour DSDP, ODP, IODP et dont les résultats ont permis entre autre - de contraindre l âge des anomalies océaniques. Le 13 avril 2011, s achevait la 334ème campagne, soit plus de 1400 puits et environ 400 km de carottes au total pour les 3 programmes confondus. Cette carte reprend le cadre géographique du Leg DSDP 3.Comparer avec la figure de la diapo 5. Ces cartes interactives sont disponibles sur (chaque site permet de rentrer dans la base de données IODP).

8 6. La datation des anomalies magnétiques : l échelle des inversions magnétiques En combinant les données des forages océaniques et les datations des séquences volcaniques à terre, on peut dater les inversions du champ géomagnétique. Cette échelle a été redessinée à partir des données disponibles sur le site de la commission internationale de stratigraphie

9 6. La datation des anomalies magnétiques : l échelle des inversions magnétiques (suite) Période des temps géologiques considérée dans le calcul des paramètres du modèle cinématique NUVEL 1. En combinant les données des forages océaniques et les datations des séquences volcaniques à terre, on peut dater les inversions du champ géomagnétique. On donne ici le détail pour la période récente.

10 7. Les anomalies magnétiques : dorsales lentes - dorsales rapides L étude des anomalies magnétiques océaniques a rapidement montré que les motifs des anomalies, s ils sont caractéristiques de périodes données des temps géologiques, sont toutefois plus ou moins dilatés de part et d autre de la dorsale selon les océans. Il est rapidement apparu que la vitesse d ouverture des océans n est pas identique partout sur le globe : il existe des océans à ouverture rapide (> 8 cm/an), intermédiaire et lente (< 3 cm/an). Exemple de lever magnétique (compilation de plusieurs campagnes) dans la partie sud de la dorsale est-pacifique. Noter la route des navires (traits noirs fins) et l échelle en nanoteslas. Document M. Cormier. Exercice : calculer la vitesse d ouverture (taux complet) et vérifier sur la carte de la diapo 12.

11 Les failles 7. Les anomalies magnétiques : dorsales lentes - dorsales rapides (suite) Partie 3 : failles inverses et chevauchements Exemple d identification d anomalies magnétiques dans l océan Atlantique nord et sud. Exercice : calculer la vitesse d ouverture (taux complet) pour l océan Atlantique nord à l aide de la carte ci-contre pour la période de l Actuel à la limite K/T (anomalie 31). Comparer avec les valeurs sur la diapositive suivante.

12 7. Les anomalies magnétiques : dorsales lentes - dorsales rapides (suite) L étude des anomalies magnétiques des dorsales mondiales sur une période récente permet de connaître les taux d ouverture actuels des frontières divergentes.

13 8. Les anomalies magnétiques : la carte de l âge des fonds océaniques La datation des anomalies magnétiques des océans permet finalement de proposer cette carte de l âge des fonds océaniques. Merci à J.Y. Royer, Brest. Carte établie par D.R. Müller, W.R. Roest, J.Y. Royer, L.M. Gahagan, J.G. Sclater

14 9. Les anomalies magnétiques : la carte des taux de production de lithosphère océanique La datation des anomalies magnétiques des océans permet au final de proposer cette carte du taux de production de la lithosphère océanique par éléments de surface. On constate ainsi qu une dorsale donnée conserve durant son existence (depuis 180 Ma pour les plus anciennes) un taux globalement identique. Toutefois, des variations sont sensibles. On visualise également les asymétries de fonctionnement des dorsales. Merci à J.Y. Royer, Brest. Carte établie par D.R. Müller, W.R. Roest, J.Y. Royer, L.M. Gahagan, J.G. Sclater

15 10. Le paléomagnétisme terrestre Le paléomagnétisme à partir d échantillons terrestres (des roches éruptives continentales le plus souvent) a été très largement et efficacement utilisé pour prouver la mobilité continentale. Les courbes de dérive (ou migration) apparente des pôles obtenues dans des continents aujourd hui séparés, et qui semblent incohérentes, se superposent et deviennent cohérente dès lors que l on fait coïncider les bordures des deux continents pour n en faire qu un. Dérive apparente des pôles depuis le Dévonien pour l Amérique du Nord (cercles rouges) et pour l Eurasie (cercles bleus). Les petits points indiquent la position des échantillons utilisés pour cette étude. En plaçant l Europe contre l Amérique du Nord, on superpose les deux courbes jusqu à environ 180 Ma, date de l ouverture de l Atlantique central. Noter que la méthode ne donne aucune contrainte en longitude. D après Irving, redessiné par Lliboutry, Tectonophysique et géodynamique, Masson.