Th1B CH2Act3 La naissance du concept de lithosphère/asthénosphère • Selon l’hypothèse de Hess, la croûte océanique générée au niveau des dorsales disparaît au niveau des fosses océaniques. En quoi les données sismiques ont-elles constitué des arguments en faveur de cette hypothèse ? • En 1935, le sismologue japonais K.Wadati étudie la répartition des foyers sismiques au voisinage de la fosse du Japon. Utilisez le logiciel SISMOLOG pour retrouver ces données. Manipulation : Capacités Utiliser les fonctionnalités du logiciel SISMOLOG pour afficher à l’écran puis imprimer une coupe au niveau de la fosse du Japon. Utiliser un logiciel de traitement de données 1 Cliquer() sur la carte du monde puis dans le menu sélectionner affichage puis contours des plaques, l’échelle d’altitude, dans séismes, choisir dessiner les séismes en demandant toutes les profondeurs. sur la grille pour visualiser latitudes et longitudes Attention : latitudes sud précédées du signe -, attention aussi à l’orientation est =E ou ouest= O 2 - Positionner le curseur au niveau de la fosse du Japon 1 coordonnées approximatives : Lat: - Mettre au zoom 8 (en tapant sur Z) 1 ; Long: 3 Aller dans outils et choisir coupe, puis définir une coupe • les pastilles 1 et 2 doivent être placées perpendiculairement à la fosse, et en prenant soin de bien inclure toutes les profondeurs de séismes (jaune, rouge et noir). Le domaine de coupe ne doit pas être trop large. 3 • Dans la fenêtre où s’affiche la coupe, cocher la case « échelle 1 /1 » points jaunes =séismes superficiels (de 0 à 70 km de profondeur) rouges intermédiaires (de 70 à 300 km ) noirs profonds ( de 300 et 700 km ) Appeler le professeur pour vérification, puis imprimer la coupe. 4Sur la coupe imprimée, rejoindre l’ensemble de ces points. Puis décrivez la relation entre répartition des foyers sismiques et la distance à la fosse. Plus on s’éloigne de la fosse plus les foyers sismiques sont profonds. 5 Choisir outils puis Vue relief 3D (le zoom doit être au moins de 8). Lorsque la vue en 3 D apparaît, appuyez sur F1 pour pouvoir déplacer vous-même la coupe en utilisant les flèches et . Vous pouvez aussi ajouter le niveau de la mer (F3). Exprimer des résultats 2 Utiliser un logiciel de traitement de données 1 Appeler le professeur pour vérification 6Décrire de manière plus précise la répartition des foyers sismiques dans l’espace. Les foyers sismiques sont répartis selon un plan incliné. Exprimer des résultats 1 • Dans les années 50, le sismologue américain H. Benioff généralise les observations de Wadati : il montre que les séismes profonds sont uniquement localisés à proximité des fosses océaniques et confirme la répartition des séismes, mise en évidence au niveau du Japon. Cependant, la présence de foyers sismiques à des profondeurs élevées constitue une énigme. En effet à de telles profondeurs, pression et température devraient rendre les roches ductiles (non cassantes) … • En 1967, Jack Oliver, Bryan Isacks et Lynn Sykes proposent, que le plan de Wadati Benioff corresponde à du matériel froid plongeant dans le manteau. Cette plaque est suffisamment rigide pour présenter un comportement cassant durant le mouvement d’enfoncement. La lithosphère rigide s’enfonce dans l’asthénosphère plus ductile. Utiliser les documents proposés pour étayer cette hypothèse. Pour cela : - Proposer une explication aux résultats du doc 1, en utilisant vos connaissances sur la vitesse des ondes. - Traduire les conclusions des chercheurs pour déterminer l’épaisseur de la lithosphère :env 100Km - Déduire de quel phénomène géodynamique le plan de Wadati Benioff est la signature sismique : toit de la plaque plongeante subissant de nbx séismes lors de son enfoncement dans le manteau environnant. - Expliquer l’épaisseur de la lithosphère en relation avec la rigidité /ductilité de la péridotite Doc 1a Vitesse des ondes sismiques au niveau des îles Tonga Illustration avec le logiciel sismolog 1 2 Doc 1b Résultats de l’enregistrement d’ondes sismiques dans 2 stations situées à égale distance de l’épicentre d’un séisme à proximité de la fosse océanique des îles Tonga dans le Pacifique sud. J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes constatent que les ondes P parviennent 2 secondes plus tôt à la station Tonga qu’à la station Fidji. V des ondes augmente avec la densité des matériaux. Donc le rai sismique 2 traverse une zone +dense que le 1. Doc 2 Etude de la vitesse des ondes en fonction de la température d’un matériau: Modélisation analogique A l’aide du logiciel Audacity, on enregistre le passage de trains d’ondes sous 2 capteurs piézoélectriques sur une barre de pâte à modeler. On renouvelle la mesure pour cette même barre placée à des températures différentes. Puis on calcule la vitesse des ondes pour chaque température. Les résultats sont portés sur le graphique ci-contre. Or la vitesse des ondes augmente lorsque la température diminue. C : les matériaux traversés sur le trajet du rai sismique 2 (péridotite et croûte sont plus froids que ceux traversés par le rai sismique 1 « The principal conclusion of this paper is that regional seismic data for deep and shallow earthquakes associated with the Tonga-Kermadec arc show that there exists in the mantle an anomalous zone whose thickness is of the order of 100 km and whose upper surface is approximately defined by the highly active seismic zone that dips to the west beneath the island arc and extends to depths of about 700 km. One interpretation of the above results and of some additional seismic data is that the deep anomalous zone is continuous with the uppermost mantle east of Tonga. Such a structure is consistent with theories of mantle convection with down-going currents in the vicinity of island arcs. If low attenuation of seismic waves correlates with strength, this structure suggests that the lithosphere has been thrust or dragged down beneath the Tonga arc and hence implies a certain mobility for the lithosphere elsewhere. J. Oliver, B. Isacks, 1967. Deep Earthquake Zones, Anomalous Structures in the Upper Mantle, and the Lithosphere, Journal of Geophysical Research, vol. 72, No 16, 4259-4275. D :Entre 100 et 250 km de profondeur la V des ondes P et S diminue d’environ 1km/s. I : Or à ces profondeurs le géotherme indique que la température dépasse 1300°C, seuil de température au delà duquel le manteau devient plus ductile. C: La lithosphère rigide est donc épaisse d’environ 100 km du fait des propriétés de la péridotite vis-à-vis de la t°. Bilan : sur ce schéma, localiser les îles Tonga et la fosse océanique, délimiter la lithosphère plongeante après avoir représenté le plan de Wadati Benioff