II - Retour sur le modèle de Wegener 30 ans après son - SVT

II - Retour sur le modèle de Wegener 30 ans après son abandon: l’étude des océans relance le débat
Faute de connaissance suffisante sur la structure et le fonctionnement de la planète Terre, la théorie de la
dérive des continents est abandonnée à la fin des années 1920. Dans les années 1950, de nouvelles
données océanographiques et sismiques vont relancer l'hypothèse d'une mobilité́ des continents.
En quoi les avancées techniques ont permis de préciser le modèle de tectonique des plaques ?
1. Faits et observations: l’hypothèse d’une expansion océanique
Au tournant des années 1950-1960, plusieurs observations réactualisent l’hypothèse d’une mobilité
horizontale des continents (idées mobilistes à « Wegenérienne »)
L’étude des océans relance le débat:
• Les mesures bathymétriques révèlent de vastes reliefs: topographie
Dans les années 1960, les techniques de sismique réflexion montrent la présence de dorsales, de fosses et
de fractures.
Ø Allez sur le site NOAA : http://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/bathymetry/
-
décliquez « multibeams batymétric survey »
centrez sur l’atlantique nord
dans « Basemap » choisir un affichage
dans « option » afficher « bathymetry contours »
zoomez puis se déplacer d’une côte à l’autre et notez les reliefs caractéristiques
recommencez sur la côte ouest de l’Amérique du sud (au niveau des Andes)
Ø et une vidéo : https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=yxFazy_vDhE
Dans les années 1950, des campagnes océanographiques révèlent que trois structures principales
caractérisent la topographie des reliefs sous-marins :
- les marges continentales, constitué d'un plateau peu profond prolongé par un talus qui descend
jusqu'aux plaines abyssales, ou bordée d'une fosse océanique très profonde.
- les plaines abyssales vers 4000 à 5000 m de profondeur.
- les dorsales océaniques (chaîne de montagnes sous-marines de plus de 60 000 km de long).
• Les dorsales sont le siège d’une importante dissipation de chaleur : flux thermique
Ø Doc 1a page 134
Ø Doc1 page 168/169 (tomographie sismique)
Ces mesures ont montré que la température était plus élevée au niveau des dorsales et diminue
progressivement en s’éloignant de l’axe de la dorsale. Il y a donc au niveau des dorsales une source de
chaleur. (Magma?)
Ces données conduisent à proposer en 1962 un modèle d’expansion océanique proposant l’idée selon
laquelle la croûte océanique est formée en permanence au niveau des dorsales suite à une remontée de
matériel chaud. (Magma?)
Ø Vidéo : (0à 2.36 minutes) : https://www.youtube.com/watch?v=Ls7V7vxyz-E
2. Théorie de Hess: l’expansion océanique ou accrétion océanique
Hess fait la synthèse des données scientifiques disponibles et formule l'hypothèse d'une expansion
océanique :
Le manteau terrestre est animé de mouvements de matière (convection), sous l'action de ces courants de
convection circulant dans le manteau terrestre, la croûte océanique se forme au niveau des dorsales, s'en
éloigne et finalement disparaît̂ au niveau des fosses.
Le flux thermique au niveau des dorsales mettrait en évidence un courant ascendant chaud. Il y a un
mouvement continu d’écartement de part et d’autre de la dorsale.
Ø Doc 2 page 134/135
Ø Vidéo : (2.36 à 5.00 minutes) : https://www.youtube.com/watch?v=Ls7V7vxyz-E
3. L’expansion océanique se confirme:
a) les arguments paléo magnétiques
En 1963, cette hypothèse est confirmée grâce à l’étude des anomalies magnétiques de part et d’autre des
dorsales.
Le champ magnétique terrestre peut être fossilisé dans des roches comme basalte, qui enregistrent, au
moment de leur formation, les caractéristiques du champ.
La mise en évidence de bandes d'anomalies magnétiques symétriques par rapport à l'axe des dorsales
océaniques, corrélée avec le phénomène d'inversion des pôles magnétiques, est interprétée comme des
marqueurs de l'expansion océanique. Le plancher océanique est donc bien en expansion à la manière
d'un double tapis roulant, de part et d’autre de la dorsale.
Le moteur de cet expansion serait les mouvements de convection mis en évidence dans le manteau.
Ces anomalies permettent de mettre en évidence une symétrie par rapport à l’axe de la dorsale et par
suite de calculer des vitesses d’expansion océanique (4 cm/an pour la dorsale Atlantique Nord)
Les inversions magnétiques sont liées au champ magnétique terrestre et à son changement périodique
de polarité au cours des temps géologiques.
Phénomène découvert en 1905, certaines roches (volcaniques par ex.) sont capables de garder en
mémoire la direction du champ magnétique de la Terre à l’époque de leur formation.
L’anomalie est positive si le champ mémorisé était dans le même sens que l’actuel, négative si inverse.
Ø Doc page 136/137
Ø Paléomagnétisme, principe :
http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s1/magnetisme.terr.html
Ø Vidéo (5.10à9.50) : https://www.youtube.com/watch?v=Ls7V7vxyz-E
Ø Animation expansion : http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=geo-0014-1
Ø Animation commentée : https://www.youtube.com/watch?v=pYc6oboHmzM
Ø Auto-évaluation : https://www.education-etnumerique.fr/0.3/activity/embed.html?id=548ab12a3361eb3a3770cb32
Le calendrier géologique des inversions paléomagnétiques étant connu, il devient possible de mesurer la
vitesse d'expansion de l'océan.
Pour aller plus loin calculer une vitesse d’expansion : exercice 3 page 153, 7 page 155
AIDE : https://www.youtube.com/watch?v=EAAM9bPzh-o
b) le fonctionnement des dorsales :
Ø Vidéo (début) : https://www.youtube.com/watch?v=ARQvs-RaWFI
- Un exemple de TP (corrigé) : http://cochard.svt.free.fr/premS/tecto/TP5magmatDorsaleCorr.pdf
- Un autre exemple : http://stefserpeaud.free.fr/mapage15/tp6-magmatisme-dorsales-oc-anques-2013.pdf
Ø Doc page 168/169/167
Les données sismiques montrent également la présence de roches partiellement fondues sous les
dorsales. A ce niveau, l’isotherme 1300°C est très proche de la surface, ce qui traduit un amincissement
de la lithosphère et une remontée de l’asthénosphère. Cette remontée provoque une décompression des
péridotites du manteau et leur fusion partielle
Le magma ainsi produit a une composition différente de la péridotite dont il est issu.
Une partie du magma refroidit en profondeur et forme des gabbros. Le magma arrivant à la surface
refroidit rapidement, à l’origine des basaltes.
Sous les dorsales, des mouvements de convection ascendants entrainent une remontée d’asthénosphère
(ì de l’isotherme 1300°C).
La diminution de la pression (liée à la remontée) à une fusion partielle de la péridotite. Le magma
obtenu, moins dense remonte et s’accumule dans une chambre magmatique
Une partie du magma gagne la surface et refroidit instantanément au contact de l’eau à roche
volcanique incomplètement cristallisée (microlithique) = basalte
Une partie refroidit plus lentement dans les filons et sur les parois de la chambre à roche plutonique
entièrement cristallisée (grenue) = gabbro
Le « jus résiduel » (= péridotite - minéraux ayant formés le magma basaltique)à péridotite appauvrie de la base de
la croûte océanique.
.
Ces données récentes confirment qu’une lithosphère océanique nouvelle est produite en permanence au
niveau des dorsales.
c. L'apport des données sismiques au niveau des fosses océaniques
•
La répartition des séismes
Ø Doc 1 page 138/139
Les fosses ont été suspectées en 1960 comme étant des zones où la croûte océanique retourne dans le
manteau…
Depuis 1940, les géologues savaient que les foyers sismiques au niveau des fosses océaniques étaient
localisés selon un plan incliné. (C’est le plan de Wadati-Benioff).
Dans ces zones les foyers des séismes sont anormalement profonds (jusqu’à 700 Km), or nous savons que
les séismes ne peuvent se mettre en place que dans du matériel cassant, rigide (lithosphère dont
l’épaisseur = +/- 100Km). On doit donc interpréter ces séismes comme la matérialisation du plongement
d’un matériel cassant = une portion de lithosphère océanique.
En 1967, on considère que ce plan incliné correspond à un lambeau de matériel froid et rigide
s’enfonçant dans le manteau. Ce plan serait constitué de croûte et de la partie superficielle du manteau,
ce qui constitue la lithosphère. Au niveau des fosses océaniques, la lithosphère s’enfonce dans
l’asthénosphère, plus chaude et déformable. C’est le phénomène de SUBDUCTION
• La tomographie sismique
Ø Doc 2 page 138/139 ; 1 page 140 et 2, 3, 4 page 170/171
En 1964, on constate que les ondes sismiques se propagent plus rapidement le long de se plan que dans
le manteau qui l’entoure. à Matériel plus rigide.
Les études de tomographie sismique (étude de la vitesse de déplacement des ondes sismiques)
confirment une accélération des ondes au niveau du plan de wadati-Benioff, ces observations complètent
les études du flux thermique qui avaient montré une anomalie négative (matériel froid) au niveau des
fosses.
On interprète ces anomalie comme le plongement d’un matériel froid et cassant = lithosphère océanique.
Ø Vidéo (9.50 à 12.50) : https://www.youtube.com/watch?v=Ls7V7vxyz-E
•
Bilan
La LVZ (Low Velocity Zone) est une zone entre 100 et 200 km de profondeur où les vitesses des ondes P
et S sont plus faibles = discontinuité entre un matériel supérieur rigide et cassant et un matériel inférieur
plus ductile
Elle correspond à l’isotherme 1300°C, au dessus duquel les péridotites du manteau sont rigides et au
dessous duquel elles deviennent déformables.
Cette zone définit la limite entre:
• La lithosphère cassante constituée de croûte et de manteau supérieur.
• L’asthénosphère ductile constituée de manteau supérieur.
La lithosphère rigide apparaît donc mobile au-dessus de l’asthénosphère ductile, la limite entre ces deux
enveloppes correspondant à l'isotherme 1300°C.
Vidéo (12.50 àfin) : https://www.youtube.com/watch?v=Ls7V7vxyz-E
Lexique :
Dorsale océanique : relief océanique allongé, de profondeur moyenne de 1500 m et dominant les plaines
abyssales.
Expansion océanique : augmentation de surface d'une plaque à la suite d'un phénomène d'accrétion
océanique qui crée de la lithosphère océanique au niveau d'une dorsale.
Flux thermique : quantité́ de chaleur émise par le sol et par unité́ de surface.
Fosses océaniques : zone étroite et allongée ou la profondeur des fonds océaniques atteints son
maximum (compris entre 7000 et 11 000 m de profondeur).
LVZ : discontinuité entre la lithosphère et l’asthènosphère (isotherme 1300°C)
Plan de Wadati-Benioff : plan virtuel incliné le long duquel se positionnent les foyers des séismes des
zones de subduction. Il matérialise le plongement de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère
Plaque lithosphérique : portion de la lithosphère rigide et peu déformable en mouvement au-dessus de
l’asthénosphère plus ductile.
Subduction : mouvement de convergence au cours duquel de la lithosphère, le plus souvent océanique,
s'enfonce sous une autre lithosphère.
Tomographie sismique : étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques (proportionnelle à la
température et/ou la rigidité du matériel)