Chap. 1: Naissance d`une idée
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Rappels de collège : - Il existe des manifestations violentes de l’activité interne de la Terre (volcans, séismes) La répartition des séismes et des volcans sur Terre permet de diviser la lithosphère en plaques rigides se déplaçant les unes par rapport aux autres. Ces plaques se forment et s’écartent au niveau de la dorsale. Elles se rapprochent et s’enfouissent au niveau des fosses océaniques. Problème : Comment est-on arrivé au modèle de la tectonique des plaques ? Chap. 1 : La naissance de l’idée de mobilité des continents La Terre est formée de continents et d’océans. Ces deux types d’étendues se distinguent par leur altitude. La théorie longtemps retenue pour expliquer ces différences d’altitude est celle du refroidissement de la Terre, qui se serait contractée à la manière d’une pomme fripée. Au début du XXème siècle, Wegener élabore une théorie différente : celle de la dérive des continents I. La théorie de Wegener Voir annexe 1 : les arguments de Wegener Au début du XXème siècle, les premières idées évoquant la mobilité horizontale s’appuient sur quelques constatations : - la distribution bimodale des altitudes (continents – océans) - le tracé des côtes, encore meilleur si l’on observe les plateaux continentaux - la distribution géographique des paléoclimats et de certains fossiles Fort de ces arguments, Wegener émet l’idée que les continents se déplacent, et qu’ils étaient tous réunis il y a 250 MA (Permien) en un continent unique: la Pangée… La répartition bimodale des altitudes avait conduit Wegener et d’autres géologues de cette époque à imaginer que les continents étaient faits d’un matériau léger (le SIAL), reposant sur un matériau plus dense (le SIMA), qui constituait aussi le fond des océans. Le SIMA, moins rigide, aurait permis le déplacement des continents. II. L’abandon de la théorie Les études sismiques, qui apparaissent à cette époque, vont aller à l’encontre de la théorie de Wegener… Un séisme correspond à une libération brutale d’énergie due à un mouvement dans les roches. Il se manifeste par l’apparition d’ondes sismiques : - les ondes P, primaires, sont des ondes de compression. Ce sont les plus rapides - les ondes S, secondaires, moins rapides sont des ondes de cisaillement. Elles ne se propagent pas dans les liquides - les ondes L, lentes, restent à la surface et sont complexes Les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions à partir du lieu de rupture : le foyer. Lorsqu’elles entrent en contact avec une discontinuité, elles se réfléchissent ou se réfractent et la vitesse des ondes est modifiée. L’existence d’une zone d’ombre entre 103° et 143° permet de mettre en évidence une discontinuité située à 2900 km de profondeur : la discontinuité de Gutenberg, qui sépare le manteau du noyau. Le ralentissement des ondes P et la disparition des ondes S à 2900 km montre que le noyau est liquide, mais que tout le manteau est solide Les idées de Wegener se heurtent au constat d’un état solide de la quasitotalité du globe terrestre établi à la même époque par les études sismiques. L’idée de mobilité horizontale est rejetée par l’ensemble de la communauté scientifique… III. La découverte du contraste entre océans et continents Les études menées sur les fonds océaniques ainsi que les études sismiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et de gabbro. Le basalte est une roche microlitique, contenant des phénocristaux, des microlites et du verre (pâte non cristallisée). Le gabbro est une roche grenue (roche formée uniquement de cristaux) contenant des cristaux d'olivine, de pyroxène et de plagioclase. une croûte continentale constituée entre autre de granite, roche grenue contenant des micas (biotite et muscovite), du feldspath plagioclase et du quartz. La croûte repose sur le manteau, formé de péridotites, roches grenues formées de cristaux d'olivine et de pyroxène. L'ensemble croûte + haut du manteau supérieur forme la lithosphère. La croûte est séparée du manteau par une discontinuité : le Moho, dont la profondeur varie. Croûte Manteau Continentale Océanique Roche Granite Basalte Gabbro Péridotite Densité 2.6 2.9 2.9 3.3 Structure Grenue Microlitique Grenue Grenue Feldspath plagioclase Feldspath orthose Phénocristaux (olivine) Olivine Olivine Composition minéralogique Biotite Microlites Pyroxène pyroxène Muscovite Verre plagioclase Quartz Tableau de comparaison des roches de la lithosphère La différence d’altitude observée entre les continents et les océans reflète donc un contraste géologique: le gabbro et le basalte ont une densité plus forte que celle du granite, ce qui explique que la croûte océanique s'enfonce davantage dans le manteau. Annexe 1 Les arguments de Wegener Si la théorie d’une contraction de la Terre suite à son refroidissement était exacte, elle se traduirait par l’existence d’affaissements et de soulèvements aléatoires de la croûte terrestre. L’analyse statistique des reliefs à la surface du globe devrait révéler une distribution des altitudes de type gaussien (courbe en pointillés). Or, ces altitudes se répartissent statistiquement suivant une courbe bimodale (traits pleins) Document 1 Document 2 : Carte de répartition actuelle de formations géologiques et de quelques fossiles âgés de plus de 200 MA en Amérique du Sud et en Afrique Document 3 : Les tillites sont des dépôts glaciaires reposant sur des soubassements rocheux plus anciens et striés (rayés par les blocs rocheux transportés par les glaces). D’anciens dépôts de ce type ont été découverts dans différentes régions du globe. L’analyse précise de ces dépôts a permis de les dater et d’établir qu’ils correspondent aux traces d’anciennes calottes glaciaires (et non à de simples glaciers de montagne). On a aussi pu retrouver le sens d’écoulement des langues glaciaires qui les ont transportés. La carte cidessous vous montre la répartition des principaux dépôts de tillites datés du permien ( -250 millions d’années). Les flèches repèrent le sens d’écoulement des glaces qui les ont déposés. A partir de l’étude de chaque document, vous énoncerez les arguments qui ont pu conduire Wegener à énoncer sa théorie selon laquelle les continents ont bougé au cours des temps géologiques. Les arguments de Wegener Correction Document 1 : La répartition des altitudes, bimodale, ne peut s’expliquer par le hasard. Il existe donc une nette distinction entre les continents et les océans. Document 2 : - On observe que les contours des continents sont grossièrement complémentaires. Les roches anciennes et les chaînes de montagne se prolongent d’un continent à l’autre Les animaux et plantes fossiles n’ont pas pu traverser un océan (ce ne sont pas des organismes marins), et deux êtres identiques ne peuvent pas apparaître en même temps en des lieux différents. Document 3 : Les tillites se sont mises en place dans des zones polaires. Les zones actuelles, situées en milieu tropical, devaient se trouver regroupées au niveau du pôle il y a 250 MA
