Chapitre 1. La naissance de l`idée - incertae
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La tectonique des plaques : Histoire d’un modèle. Chapitre 1. La naissance de l’idée : La dérive des continents I. La dérive des continents selon Wegener et les critiques de l'époque de ce modèle. activité n° 23 A. Explication de la formation des continents et les océans avant Wegener. Au début du XXe siècle, les géologues (ex : Suess) pensent que la Terre en se refroidissant aurait subi une contraction thermique qui aurait provoqué des plissements (comme une « pomme qui se dessèche »). Les bosses de ces plis auraient formé les chaînes de montagnes et les creux de ces plis auraient formé les océans. (= modèle fixiste : les masses continentales ne peuvent pas se déplacer. B. Les arguments qui conduisent Wegener à énoncer sa théorie. Au début du XXème siècle, Alfred Wegener (météorologue allemand) a réuni un grand nombre d’arguments en faveur d’une mobilité des masses continentales et proposé la théorie de la dérive des continents. Les arguments avancés par Wegener : => arguments géographiques (morphologiques) : complémentarité de forme entre le continent sudaméricain et africain qui s’emboitent comme les pièces d’un puzzle. => arguments pétrographiques : si on considère les blocs continentaux âgés de plus de 2 milliards d’années (= boucliers), on peut observer qu’ils existent à la fois sur les continents américains et africains et qu’ils se complètent parfaitement d’où l’idée qu’ils furent initialement réunis en chaînes continues avant d’être séparés : bouclier angolais, bouclier Ouest africain, bouclier rhodésien, bouclier guyanais et bouclier brésilien. => arguments paléontologiques : On retrouve des fossiles identiques datant de plus de 200 Ma (Cynognatus reptile prédateurs de 240 Ma, Mesosaurus reptile aquatique de 260 Ma, Lystrosaurus reptile terrestre de 240 Ma et Glossopteris plante terrestre de 240 Ma) sur des continents aujourd’hui séparés par des océans. Comme une même espèce n’a pas pu apparaitre en même temps sur des continents différents, Wegener a proposé que ces continents devaient être réunis à l’époque où vivaient ces espèces. => arguments climatiques : il existe des traces de glaciations (dépôts glaciaires datés de 250 Ma) observés actuellement sur plusieurs continents : Inde, Afrique du Sud, Amérique du Sud, Australie et Antarctique. Or ces dépôts résultent d’une unique calotte glaciaire qui justifie le rassemblement de ces masses continentales comme Wegener l’a imaginé. Ce rassemblement donne aussi de la cohérence aux marques de courants glaciaires (déplacements morainiques) observables dans ces dépôts. => arguments altimétriques : si la terre avait subi des effondrements aléatoires du fait de son refroidissement, les altitudes terrestres devraient se répartir suivant une courbe de gausse (donc unimodale). Or les altitudes continentales et les altitudes océaniques se répartissent suivant une courbe bimodale : un maximum à 300 m (moyenne continentale) et un maximum à -4800 m (moyenne océanique). Pour Wegener, cette répartition bimodale des altitudes n’est pas compatible avec l’hypothèse d’une terre qui « se dessèche comme une pomme » et accrédite l’idée de l’existence de deux croûtes distinctes (granitique pour la croûte continentale, basaltique pour la croûte océanique). C. La théorie de la « dérive des continents de Wegener ». + La distribution bimodale des altitudes a conduit Wegener et quelques autres géologues à distinguer une croûte continentale granitiques constituée d’un matériau léger le « SIAL » (Si pour Silicium et Al pour Aluminium) reposant sur un matériel plus dense de nature basaltique qui constituerait également le plancher océanique, le « SIMA » (Si pour Silicium et Ma pour magnésium). + Le SIAL flotterait sur le SIMA plus dense et plus visqueux comme un iceberg dans l’eau et pourrait se déplacer horizontalement. + Nait ainsi la théorie de la « dérive des continents » : Au début de l’ère secondaire (245 Ma), les continents sont tous réunis en un vaste continent unique, la Pangée. Puis au cours du temps, ce supercontinent se fragmente en masses continentales dérivant à la surface de la Terre sur un soubassement plus visqueux. Wegener a proposé un moteur à ce déplacement : la rotation de la Terre et l’effet de marée qui induisent une force faisant dérivé les continents vers l’Ouest et une force (nommée force d’Eötvös) liée à la rotondité de la Terre qui tend à pousser les continents des pôles vers l’équateur. D. Critiques de cette théorie par les géologues de l’époque. 1. hypothèse des ponts continentaux. Les partisans du modèle de Suess tels que Emile Haug évoquent des « ponts continentaux » pour expliquer des migrations des espèces datées de 240 Ma, ce qui expliquerait la présence de fossiles identiques sur des continents distincts. 2. Calcul des forces proposées par Wegener. Puis Harold Jeffreys en 1924 calcule les forces proposées par Wegener et montre qu’elles sont beaucoup trop faibles pour permettre le déplacement des masses continentales. 3. Etude des ondes sismiques. + Lors d’un séisme, un sismomètre (appareils enregistrant les séismes) réalise un enregistrement (= sismogramme) qui montre successivement trois types d’ondes sismiques : - deux ondes qui se propagent à l’intérieur du globe terrestre : les ondes P (ou premières) qui sont des ondes très rapides qui se propagent dans tous les milieux solides et liquides puis les ondes S (ou Secondes) qui sont un peu moins rapides (et arrivent donc avec un certain retard par rapport aux premières) et ne se propagent que dans les milieux solides (ne se propagent pas dans les liquides). - vient ensuite une onde de surface, ondes L qui ne se propagent que dans les couches superficielles du globe et qui sont des ondes de grande amplitude. + Les ondes P et S qui se propagent à l’intérieur du globe fournissent des informations sur la structure et la composition interne du globe. En effet, dès qu’elles rencontrent un changement de milieu (= discontinuité), les ondes sismiques se réfléchissent et se réfractent sur la discontinuité. + En 1912 Beno Gutenberg montre qu’il existe bien à l’intérieur du globe une zone fluide mais celle-ci se trouve à 2900 Km de profondeur ce milieu fluide est beaucoup trop profond pour expliquer la mobilité des masses continentales. De plus, la vitesse des ondes P augmente avec la profondeur (jusqu’à 2900 Km) or plus la vitesse des ondes augmente, plus les roches sont rigides l’hypothèse du SIAL qui flotterait sur des roches plus visqueuses est incompatible avec les données sismiques de l’époque. II. Confrontation des modèles du début du XXème siècle aux connaissances actuelles. A. connaissances actuelles sur les croûtes continentale et océanique. => activité n° 24 1. Détermination de l’épaisseur des croûtes océanique et continentale. + En 1909, Andrija Mohorovičić lors du séisme de Zagreb constate qu’aux diverses stations sismiques parviennent deux trains d’onde P : un train d’ondes direct Pg et plus tardivement un 2ème train d’ondes PmP qui se ont donc parcouru un chemin plus long pour arriver à la station. Mohorovičić interprète ces ondes comme des ondes réfléchies par une discontinuité située entre la croûte et le manteau et nommée le Moho. + Connaissant la distance de l’épicentre (point où le séisme est le plus fortement ressenti à la surface de la Terre) à la station, les temps d’arrivée des 2 ondes Pg et PmP à la station et la profondeur de l’hypocentre (= foyer du séisme), il est possible de connaître par un calcul (utilisant le théorème de Pythagore) l’épaisseur de la croûte (donc la profondeur du Moho). + La profondeur du Moho varie de 7 à 12 Km au niveau de la croûte océanique et de 30 à 40 Km au niveau d’une croûte continentale (cette épaisseur peut atteindre jusqu’à 70 Km dans certaines chaînes de montagnes). 2. Détermination de la nature des roches. + En comparant la vitesse des ondes P dans la croûte à la vitesse des ondes P mesurée expérimentalement dans différentes roches, on peut déterminer la nature des roches des différentes couches. + On a ainsi pu montrer que : - la croûte continentale est essentiellement constituée de granite, roche grenue (tout les minéraux sont visibles à l’œil nu) composée principalement de Quartz, de feldspaths et de micas. Les éléments chimiques les plus abondants sont Oxygène (O), Silicium (Si), et des éléments légers : Aluminium (Al) et Potassium (K). ( SiAl) La densité des granites est de 2,7. - la croûte océanique est essentiellement constituée de Gabbros et de basaltes. Ces deux roches sont constituées des mêmes minéraux (feldspaths, pyroxènes) et leurs éléments chimiques les plus abondants sont Oxygène (O), Silicium (Si), Fer (Fe) et Aluminium (Al) ( SiFe). La densité des gabbros (3,0). - Le manteau supérieur (soubassement des croûtes) est essentiellement constitué de péridotites. Il s’agit d’une roche grenue constituée de minéraux ferromagnésiens : olivines (dominantes) et pyroxènes et leurs éléments chimiques les plus abondants sont Oxygène (O), Silicium (Si), Magnésium (Mg) et Fer (Fe). ( SiMa). La densité des péridotites est de 3,2. schéma comparatif des 2 croûtes B. Confrontation de la théorie de Wegener aux données actuelles. + Les connaissances actuelles montrent qu’il existe 2 croûtes distinctes : une croûte continentale granitique et une croûte océanique constituée de gabbros (comme le supposait Wegener) et non une seule (comme le supposait Suess) + Certes la croûte continentale est bien la plus légère de toute (densité = 2,7) et est bien constituée essentiellement de Si et Al (SIAL). La croûte océanique a une densité plus élevée (2,9 à 3,0) mais ne peut être appelée SIMA, le magnésium n’étant pas l’élément le plus abondant (il faudrait plutôt l’appeler SiFe). Par contre le soubassement de ces deux croûtes, le manteau, correspond bien au SIMA de par sa composition (car constitué majoritairement de Silicium et de Magnésium) et sa densité (3,2). + Chez Wegener, il y a donc confusion entre deux matériaux : croûte océanique et manteau. La coûte océanique repose (tout comme la croûte continentale) sur les roches mantelliques plus denses. + Quant aux parties fluides terrestres, elles existent mais sont profondes (noyau externe) et ne peuvent rendre compte directement du déplacement des continents.
