Un modèle de la dynamique de la planète Terre : la tectonique globale

Thème structure et dynamique de la Terre Valérie Rambaud Lcdf ROMORANTIN
Un modèle de la dynamique de la planète Terre : la tectonique globale
Définitions à connaître :
Géotherme courbe décrivant l’évolution de la
température en fonction de la profondeur pour une
zone donnée.
Dorsale océanique : Relief océanique culminant à une
profondeur moyenne de -2500 m sous le niveau de la
mer. Lieu de formation de la lithosphère océanique.
Marge passive : zone de transition entre le domaine
continental et océanique. Héritage de la formation d'un
océan caractérisée par une structure en blocs basculés.
Asthénosphère : partie du manteau (donc constituée de
péridotites) moins rigide parce que chaude donc non
cassable mais déformable. La lithosphère, rigide,
cassante, se déplace sur cette enveloppe.
Lithosphère couche superficielle de la Terre scindée en
plaques rigides, mobiles, épaisse de 70 km sous les
océans à 150 km environ sous les continents. Elle est
composée par la croûte (continentale ou océanique)
surmontant la partie supérieure du manteau supérieur
(péridotites rigides parce que froides donc cassantes).
En dessous se situe l’asthénosphère, moins rigide.
Plaque : partie rigide superficielle de la Terre, épaisse
d’une centaine de km constituant la lithosphère. Elles se
forment au niveau des dorsales, vieillissent et meurent
dans les zones de subduction. Les limites entre elles
(frontières) sont de trois types : rift océanique, zone
de subduction et faille transformante.
Convection thermique : déplacement lent de roches du
manteau solide permettant d'évacuer l'énergie interne
de la Terre provenant pour l'essentiel de
désintégrations d'éléments radioactifs dans le manteau
profond.
Convergence : mouvement de rapprochement de deux
plaques associé à la disparition d'une plaque dans le
manteau.
Divergence : mouvement d'écartement de deux plaques
associés à la création de matière au niveau d'une
dorsale océanique.
Faille transformante : frontière de plaque en
coulissage au niveau de laquelle il n'y ni création ni
disparition de matière.
Fusion partielle : Formation d'un magma selon des
conditions de P et de T telles que tous les éléments de
la roche initiale n'entrent pas dans la composition du
magma.
Cristallisation fractionnée : conditions de P et de T
telles que les éléments du magma cristallisent selon un
certain ordre ce qui détermine les relations entre les
cristaux au sein de la roche finale.
Point chaud : activité volcanique intraplaque,
conséquence de remontées de panaches mantelliques
ponctuels. Cette activité se traduit en surface par une
chaine de volcans, le seul volcan actif étant celui qui se
trouve au dessus du point chaud.
Magma Mélange de roches fondues et de gaz (à très
haute T° ~ 800 à 1000°C) qui donne des roches par
solidification : au cours d’un refroidissement lent
(roches plutoniques comme le granite, le gabbro) ; par
refroidissement rapide de laves ( roches volcaniques ou
éruptives basalte).
Subsidence conditions d'augmentation de la densité des
roches de la lithosphère océanique au cours de leur
refroidissement.

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Les notions à savoir expliquer :
Les preuves des « mouvements » des plaques lithosphériques.
Dorsales, fosses et chaines de montagne = limites de plaques en surface / zones d'activité géologique : volcanisme et séismes.
Répartition symétrique de l'épaisseur des sédiments, de l'âge des basaltes, des anomalies magnétiques de part et d'autre de l'axe de la dorsale sont des arguments en
faveur de la présence de mouvements en divergence.
Les données GPS confirment des « mouvements » apparents.
Points chauds voir activité de la Terre.
Voir paragraphe suivant attention ce ne sont pas des mouvements de translation mais il y a production de matière il s'agit donc d'une expansion et non d'une extension.
Les phénomènes magmatiques aboutissant à la formation de la lithosphère océanique.
I. Les conditions géologiques particulières au niveau des dorsales.
On distingue une anomalie thermique au niveau dorsale ainsi qu'un amincissement de la lithosphère, c'est une conséquence de la remontée de l'asthénosphère sous la
dorsale.
Quelle est l'origine de cette anomalie thermique ?
Suite à des désintégrations d'éléments radioactifs dans le manteau profond à l'origine de la création de chaleur il existe une différence importante de température entre
manteau inférieur et la manteau supérieur qui est à l'origine de mouvements de convection au sein du manteau ce qui a pour effet des remontées de matériel mantellique
chaud (solide).
II. La formation du magma à l'origine de la lithosphère océanique sous la dorsale.
Sous la dorsale les conditions locales de P et T deviennent supérieures aux conditions de P et de T nécessaires à la fusion de la péridotite il y a donc fusion de la
péridotite. La fusion n'est que partielle selon les conditions propres de fusion des différents minéraux de la péridotite, le magma est donc mélange roches fondues et
solides, et la composition minéralogique du magma est donc différente de la composition minéralogique de la roche source c'est à dire la péridotite.
III. Le devenir du magma et la création de la lithosphère océanique.
Il y deux conséquences possibles pour ce magma :
=> Les minéraux restés solides s'assemblent pour former la péridotite résiduelle qui formera la partie mantellique de la lithosphère océanique. Au niveau minéralogique
cette roche ne sera constituée que des minéraux ayant la plus forte température de fusion.
=> La partie fondue du magma (selon la différence de densité par rapport aux roches solides environnantes) remonte et est stocké dans une chambre magmatique sous la
dorsale. Au sein chambre magmatique, le magma va refroidir et selon les conditions de cristallisation des différents minéraux du magma, les minéraux vont cristalliser
dans un certain ordre ce qui déterminera les relations entre les minéraux au sein des roches finales. Par exemple le pyroxène cristallise avant le feldspath, si bien que les
cristaux de feldspath auront moins de place pour se développer et seront de plus petite taille.
Lors du refroidissement rapide du magma (en surface), du basalte se forme caractérisé par sa structure microlithique, quelques gros cristaux (de pyroxène), beaucoup de
microlithes (feldspath) le tout noyé dans une pâte amorphe, le verre (qui n'a pas eu le temps de cristalliser).
Lors du refroidissement lent du magma (en profondeur sous la dorsale), du gabbro se forme caractérisé par sa structure grenue, des gros cristaux de pyroxène et de
feldspath tous jointifs.
Ces deux roches forment la partie croûte de la lithosphère océanique.

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Le devenir de la croute océanique après sa formation : la notion de subsidence et de métamorphisme.
Lors de la mise en place des roches de la CO il y a des réactions avec l'eau de mer, ce qui a pour effet d'hydrater ces roches et de modifier leur composition chimique.
Le refroidissement des roches de la CO entraine son enfoncement : subsidence thermique. Ce mouvement s'accentue avec le poids des sédiments ce qui a pour effet
d'augmenter la densité de la CO.
Les conditions de P et de T sont donc différentes entre une roche jeune et une roche plus âgée de la CO, ce qui combiné à l’hydratation des roches est à l'origine de
transformations minéralogiques : le métamorphisme.
Les marges passives sont les témoins de la formation des océans.
Zone de transition entre le C et la CO.
Marge passive donc plus d'activité sismique ou volcanique.
Structure en blocs basculés résultant de phénomènes d'extension. = vestige d'un rift continental précédant l'ouverture d'un océan.
Les sédiments se déposant en éventail (pendant le mouvement de bascule des blocs séparés par des failles normales) sont contemporains de l'ouverture de l'océan.
L'activité de la Terre résulte de la dissipation de son énergie interne.
La chaleur interne de la Terre provient de la désintégration d'éléments radioactifs, essentiellement dans le manteau profond.
La dissipation de cette énergie se caractérise par de grands mouvements de convection au sein du manteau A l’ÉTAT SOLIDE !
Ces mouvements de convection sont le moteur de l'activité terrestre et sont à l'origine des phénomènes d'expansion océanique.
Les points chauds sont des remontées ponctuelles d'une cellule de convection sans donner lieu à des mouvements d'expansion.

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Les schémas à savoir faire :
Répartition de l'âge des basaltes, de l'épaisseur des sédiments, des anomalies magnétiques de part et d'autre de la dorsale de manière à montrer la formation de la
lithosphère océanique au niveau de la dorsale.

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Les phénomènes magmatiques aboutissant à la formation de la lithosphère océanique.
Minéraux + à + + + + abondance relative des minéraux.
Roches
symboles Composition chimique Température de fusion Péridotite source Basaltes et gabbro
a Olivine (Fe, Mg) SiO4 1890°C + + + + +
b Pyroxènes ferromagnésiens (Mg, Fe)2 Si2O6 1550°C à 1470°C + + +
c Feldspath plagioclase : Ca Al2 (Si2O8) ⇨Na Al Si3 O8 1080 °C à 1500°C + + + + +