Th1B CH2Act3 La naissance du concept de lithosphère

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.
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
coordonnées approximatives : Lat: ; Long:
- Mettre au zoom 8 (en tapant sur Z)
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.
• 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.
Utiliser un logiciel de
traitement de données
1
1
3
4Sur 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.
Exprimer des résultats
2
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). Appeler le professeur pour vérification
6Décrire de manière plus précise la répartition des foyers sismiques dans l’espace.
Les foyers sismiques sont répartis selon un plan incliné.
Utiliser un logiciel de
traitement de données
1
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
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.
« 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.
2
1
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

Bilan : sur ce schéma, localiser les îles Tonga et la fosse océanique,
délimiter la lithosphère plongeante après avoir représenté le plan de Wadati Benioff
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°.