DST du 26.03.2014
1) ROC
d représente la densité.
A=croûte continentale
D= partie supérieure du manteau supérieur
B=partie supérieure du manteau supérieur E= croûte océanique
A+B=lithosphère continentale
D+E= lithosphère océanique
C =asthénosphère
F=rift
G=faille transformante
H=plan de Wadati-Benioff
Développement :
La lithosphère est découpée en grandes plaques mobiles. les mouvements des plaques peuvent
induire une expansion des fonds océaniques. Nous verrons comment les études anciennes et
récentes contribuent à en comprendre les mécanismes.
1) Étude des zones de subduction
Les géologues Wadatti et Benioff ont remarqué que dans certaines zones du monde les
hypocentres des séismes s'alignaient selon un plan plongeant dans l'asthénosphère à plus de
400 km, à des profondeurs ou le matériau est théoriquement ductile donc incapable de casser.
Ils en ont déduit qu'il y avait plongement d'un matériau solide, lithosphérique. Ce plan de
plongement fit par la suite appelé plan de Wadati-Benioff ; il caractérise une zone de
subduction : enfoncement de lithosphère dans l'asthénosphère.
Les études récentes en tomographie sismique confirment la plongée d'un matériau froid dans
l'asthénosphère : le document 1 montre la plongée de l'isotherme 1300° correspondant à la
base de la lithosphère.
Le document 1 montre également que plus on s'éloigne du rift, plus la densité de la
lithosphère océanique augmente. Plus la plaque s'éloigne du rift, plus elle vieillit, plus elle
devient froide, plus elle devient dense. Lorsque sa densité dépasse celle de l'asthénosphère,
elle plonge dans l'asthénosphère.
2) Des volcans dans la zone de subduction
La lithosphère plongeante est une lithosphère océanique, hydratée. L'eau ayant une densité
plus faible que la roche remonte et vient hydrater la lithosphère sus-jacente. Cette hydratation
entraine l'abaissement du point de fusion de cette lithosphère sus-jacente. Du magma apparaît
qui remonte vers la surface. Les premiers minéraux à fondre sont le quartz, les feldspaths. Or
la lithosphère sus-jacente est essentiellement granitique. Le magma qui va se former est un
magma acide, riche en silice, qui va s'élever vers la surface et donner naissance à un
volcanisme explosif.
3) L'accrétion océanique
Des études récentes ont amené certains géologues à imaginer que ce plongement de la
lithosphère dans l'asthénosphère entrainerait toute la plaque elle-même et serait à l'origine de
l'ouverture du rift (cette théorie n'excluant pas l'existence de mouvements convectifs dans le
manteau).
Lorsque le rift s'ouvre, il y a montée de magma. Ce magma refroidit immédiatement au
contact de l'eau (sous forme de basaltes en pillow-lavas). Il forme un plancher océanique qui
s'ajoute à l'ancien. Le plancher océanique s'est accrété de quelques dizaines de cm. Le rift
reste une zone de fragilité et quelques temps plus tard, sous l'effet de contraintes en
distension, s'ouvre à nouveau permettant encore à du magma de remonter… Au fil du temps
l'océan grandit.
(schémas montrant l'accrétion)
4) La faille de Vema.
La faille de Vema est une crevasse au fond de l'océan permettant de voir la succession des
roches constitutives de la croûte sur plusieurs milliers de mètres de profondeur.
(schéma montrant la succession des couches)
L'ouverture du rift vide une petite partie du réservoir magmatique ; du magma "neuf" vient
remplir ce réservoir. Ce magma "neuf" provient d'une fusion partielle des roches de la partie
supérieure du manteau supérieur. Ce magma refroidit légèrement (surtout sur les bordures les murs - du réservoir). Le 1er minéral à cristalliser (série de Bowen) est l'olivine. Celle ci est
riche en fer et magnésium ; c'est un minéral lourd. Les cristaux d'olivine auront donc tendance
à migrer vers le fond du réservoir magmatique provoquant un appauvrissement relatif du haut
du réservoir en éléments ferro-magnésiens.
Ainsi il se formera en bas de la chambre magmatique une péridotite très riche en olivine, et en
haut de la chambre un gabbro, moins riche en olivine et plus riche en pyroxènes, amphiboles,
et surtout feldspaths. Ces 2 roches étant à structure grenue, caractéristique d'un
refroidissement lent.
Lorsqu'il y aura ouverture du rift, le magma à composition gabbroïque va s'élever rapidement
dans la fissure et s'épancher en surface. Le refroidissement de ce magma est rapide et donnera
des basaltes à structure microlitique : basaltes en filon dans la cheminée, et basalte en pillowlavas au contact de l'eau.
5) Les travaux de Vine et Matthews.
Les travaux menés par Vine et Matthews dans les années 1960 (travaux présentés en 1963)
confirment l'expansion des fonds océaniques. En effet ils ont étudié le paléomagnétisme au
fond des océans.
Le champ magnétique terrestre subit des inversions périodiques (périodicité aléatoire) : le
pôle nord devient pôle sud et inversement. La magnétite est un cristal métallique aux
propriétés magnétiques, présent dans les basaltes. Lors du refroidissement d'un basalte, la
magnétite apparaît et piège les propriétés du champ magnétique qui règne au moment de sa
formation. Elle conserve par la suite les caractéristiques de ce champ (on parle de paléochamp).
Vine et Matthews ont étudié les paléo champs des fonds océaniques. Ils ont constaté que la
croûte océanique présentait des alternances de champs normaux (identiques au champ actuel)
et de champs inverses (opposés au champ actuel). Le rift étant axe de symétrie des répartition
des champs, les champs bandes magnétiques étant d'autant plus âgées qu'on s'éloigne du rift.
(schéma)
En rapprochant ces schémas de ceux dessinés dans le paragraphe 3, on confirme l'expansion
des fonds océaniques.
6) Conclusion
Ces différentes études montrent que le rift est un lieu de création de lithosphère océanique, les
zones de subduction un lieu de destruction de lithosphère océanique. L'expansion des fonds
océaniques n'est qu'une facette le la théorie des plaques émise en 1967 par Morgan, Mc
Kenzie, Le Pichon.
2) EXPLOITATION DE DOCUMENTS
1ère partie
1) hypothèse à émettre : présence de 2 points chauds.
2) Explication des mécanismes : voir cours.
3) En gros, on obtient ceci dans les 2 cas(axes à légender) :
4) Plus on s'éloigne de l'origine, plus les volcans sont vieux, ce qui est conforme à
l'hypothèse.
5) En calculant les vitesses de déplacement dans les deux cas, on trouvait environ 12 cm/an
(prendre les valeurs les plus éloignées pour le calcul). - ce sont des plaques "rapides".
2ème partie
1) vous devriez obtenir :
Tahiti
Ile de Pâques
2) Les références sont par rapport à Greenwich, point situé sur une plaque en déplacement, et
non par rapport à un point chaud fixe, donc ce sont des vitesses relatives.
3) On constate que 2 points, situés non loin de l'autre, sont animés de mouvements opposés.
4) il faut supposer l'existence d'un rift entre les deux : ces 2 points sont sur 2 plaques
différentes en divergence.
3) RÉSOLUTION D'UN PROBLÈME
1ère partie
(scan de copie d'élève)
2ème partie
1). Dés qu'un fond océanique se met en place des sédiments s'y déposent. Dater un sédiment,
c'est dater un fond océanique. On constate que plus on s'éloigne du rift plus les sédiments
reposant immédiatement sur le basalte sont âgé : plus on s'éloigne du rift plus les fonds
océaniques sont âgés.
2) Plus un fond océanique est âgé, plus l'épaisseur des sédiments est grande. On constate que
plus on s'éloigne du rift plus l'épaisseur de sédiments est grande ; plus on s'éloigne du rift,
plus le fond océanique est vieux. Ceci est en accord avec les conclusions précédentes.
3ème partie
1) données du document 1 : forage A à 1060 km du rift ; toit du basalte à 105 millions
d'années : v= 1 cm/an (1/2 vitesse d'expansion)
2) pour la bande 50 Ma, distance : 600 km, soit v= 1,2 cm/an (1/2 vitesse d'expansion)
3) Aux approximations près la vitesse est la même : les données paléomagnétiques confirment
les donnés stratigraphiques. La vitesse d'expansion est constante.
4ème partie
Il y 84 millions d'années, 2 rifts perpendiculaires sont apparus :
ces 2 rifts ont fonctionné de façon plus ou moins synchrone pendant 4 (?) millions d'années :
A partir de -80 Ma le rift est-ouest a cessé de fonctionner, seul le rift nord-sud est resté en
activité.