Cinématique de la lithosphère - Perso-sdt
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23/03/2016 Cinématique de la lithosphère 1. Introduction : l’idée 2. Les mécanismes 3. L’expression en surface A. Les mouvements finis (2-3 Ma) B. Les mouvements instantanées (GPS) C. Comparaison: quasi « steady-state » D. Vitesse de rotation et vitesse instantanée E. Mouvements sur la sphère – repères – exercices F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes 4. Les conséquences en profondeur Exercice de cinématique de base Plaque G fixe 1 23/03/2016 Lorsque l’on a plus de deux plaques : points triples Cf L2 2 23/03/2016 Cf L2 Exercice de Cinématique de base 3 23/03/2016 Exercice de Cinématique de base 4 23/03/2016 Ces déplacements sont la cause de presque toutes les grandes structures géodynamiques (vues dans l’UE Planète Terre) F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Zoom 1/2 Birth of passive margins: Continental rifting Subsidence Cross section Brun & Beslier 1996 Asthenospheric upwelling (Non volcanic case) How does it work? If tensional boundary forces are applied on a continental lithosphere: - Continuous thinning & lengthening of a 4-layer (brittle-ductile) continental lithosphere - Development of “boudins” in brittle layers (tilted blocks) and of normal shear zones in ductile ones - Exhumation (unroofing) of mantle rocks at the center & foot of the new passive margins 5 23/03/2016 F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Example of Synthesis: Asymmetry in rifts and conjugate margins the formation of conjugate passive margins : - Asymmetrical model of divergence (simple shear model) - « passive » rifting model First 15 Myr Last 25 Myr 6 23/03/2016 F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes EXEMPLES ACTUELS Rifting: stade initial d’étirement de la croûte Amincissement β = h0/ hsup F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Dorsales rapides ou lentes En mm par an: Rapide : 90-160 Intermédiaire : 90-50 Lent : 50-20 Ultra-lent : < 20 7 23/03/2016 F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Géologie de la croûte océanique •Série pétrologique du sommet à la base: • sédiments marins de grands fonds • dépôts massifs de sulfures • basaltes en pillow(coussins) • complexe filonien • gabbros lités • péridotites serpentinisées Cette séquence est cohérente avec le profil de vitesse sismique type de la croûte océanique Vp (km/s) 0 2 4 6 8 10 -2 Water 0 Layer 1 = sediment Layer 2 = extrusives 2 4 Layer 2a = dikes Layer 3 = gabbro 6 Moho 8 Mantle = altered peridotite 10 F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Marges volcaniques Marges non-volcaniques From Dalziel et al., 2000 modified Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest 8 23/03/2016 Marges non-volcaniques: Caractéristiques Representative case: Starved Galicia margin - Wide margin (ca. 100 km) - Numerous tilted blocks and half grabens: thinning - Normal faults rooted on a flat reflector: S detachment 1 connected with the roof of 7 peridotites: shearing 8 - Serpentinized peridotites, 9 outcropping by mechanical10 unroofing: Mantle 11 exhumation S twt - Transition from last rifting to first seafloor spreading: break-up discontinuity OCT 1 Boillot et al. 2001 2 Drilling S 10 km 0 2 Break-up discontinuity Shear TOTAL DURATION: > 35 Myr (Galicia-NFL) serpentinized peridotites sampled on the seafloor Marges non-volcaniques: Caractéristiques Tilted blocks: a classical observation of non-volcanic passive margins 1. At sea by seismic methods: Seismic section (2D) in seconds two-way traveltime Yellow: tilted and shifted surface Red: Faults Faults 2. On land in previous passive margins involved in an orogen : Tilted blocks = Witnesses of thinning/lengthening of the crust Jurassic Alpine Ocean 9 23/03/2016 Marges volcaniques: Caractéristiques, témoins en imagerie ssmique MAGMA: EN INTRUSIONS DANS LES FAILLES ET EN « SILLS » DANS LA CROÛTE INFERIEURE White et al., 2008 W-Australia, Planke et al., 2000, interpreted Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest Marges volcaniques: Caractéristiques SDRS = Syn-magmatic roll-over anticlines Lateral flow in dykes Geoffroy, 2001 Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest 10 23/03/2016 Marges volcaniques: Caractéristiques majeures Extensional volcanic passive margin No crustal extension coeval with plume activity Eventual pre-plume sedimentary basin Pre-breakup traps Eventual external highs Post-breakup sediments Onshore geology “Oceanic” SDR SDRint Sills ?? ex t ? Thick oceanic crust ? Continental crust h-v H ig one it y z e lo c Moho 12-30 km S DR Moho Geoffroy, 2001, 2006 Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest Asymétrie des marges conjuguées Nova Scotian Margin Moroccan Margin 320 km Stretched continental crust COB Stretched continental crust 160 km COB 175 km W 200 km ? W E 0 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 E 010203 0405 06 0708 09 1011 13 14 16 18 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 km/ s 35 2 3 4 5 Vitesse 40 0 50 100 150 6 7 km/s 35 2 8 3 4 200 250 300 Distance (km) 350 400 450 SMART Line 1 5 6 7 8 Vitesse 40 0 50 100 Vert. Exag. x5 150 200 250 Distance (km) 300 350 400 SISMAR Line 4 Body at 7.2 - 7.6 km/s interpreted as serpentinized peridotites Reconstruction SMART line, courtesy T. Funk 11 23/03/2016 Asymétrie des marges conjuguées Hatton Bank - Greenland conjugate margins Velocity cross section (White et al., 2009) Free-Air Gravity Anomaly Callot et al. 2001 Experimental model « Prominent asymmetry between the Hatton and the conjugate Greenland margins is caused by asymmetry in the initial continental stretching and thinning, as ubiquitously observed on nonvolcanic margins » F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes 12 23/03/2016 F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes Cinématique de la lithosphère Introduction : l’idée Les mécanismes L’expression en surface Les conséquences en profondeur 13 23/03/2016 4/ Conséquences en profondeur Echange de matériel et de chaleur Conduction: mode de transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière (agitation thermique qui se transmet de proche en proche) Convection: ensemble des mouvements internes (verticaux ou horizontaux) qui animent un fluide ou un solide visqueux et qui impliquent le transport de ses propriétés au cours de son déplacement. Ce transfert implique un échange/déplacement de chaleur https://fr.wikipedia.org/wiki/ 4/ Conséquences en profondeur Echange de matériel et de chaleur 14 23/03/2016 Mais attention ! L’analogie avec la casserole qui chauffe est schématique voire trompeuse 15 23/03/2016 Rappel: Tomographie globale pour « voir » la convection 16 23/03/2016 Les conditions de la convection mantellique coefficient de dilatation thermique a .DT.g.h3 Ra = Ra: nombre de k .u Rayleigh - exprime le rapport des forces impliquées diffusivité dans la convection thermique viscosité 17 23/03/2016 Les conditions de la convection mantellique Forces motrices (Archimède) a .DT.g.h Ra = k .u 3 Forces freinage Les conditions de la convection mantellique a .DT.g.h3 Ra = k .u Valeur seuil = 103 18 23/03/2016 Maintenant : considérations philosophiques … Le manteau convecte pour évacuer la chaleur qu’il produit ou dont il hérite… Les plaques lithosphériques s’enfoncent car en refroidissant, elles deviennent plus dense que le manteau… Les panaches remontent des roches chaudes des profondeurs du manteau… Les plaques qui entrent en subductions étirent la lithosphère et engendrent les dorsales qui évacuent de la chaleur… 19 23/03/2016 Convection? Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ? Convection? Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ? 20 23/03/2016 Convection? Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ? discussion … Coffin & Eldholm (1993) Large Igneous Provinces 21
