V - Dynamique du Manteau - Espace d`authentification univ

V - Dynamique du Manteau
1) Flux de chaleur
2) Bilan thermique
3) Géotherme
4) Convection thermique
5) Tectonique des plaques
6) Evolution thermique et dynamique
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V - 6 Evolution thermique
Dans
le passé :
• concentration plus forte en isotopes radioactifs
• chaleur primitive d’accrétion présente en plus grande quantité
◮ Manteau plus chaud, donc moins visqueux,
avec une convection probablement plus vigoureuse
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V - 6 Evolution thermique
Dans
le passé :
• concentration plus forte en isotopes radioactifs
• chaleur primitive d’accrétion présente en plus grande quantité
◮ Manteau plus chaud, donc moins visqueux,
avec une convection probablement plus vigoureuse
Roches
archéennes : Komatiites
formées par fusion partielle du manteau, avec un taux de fusion partielle
important (plus fort qu’à l’actuel).
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V - 6 Evolution thermique
Dans
le passé :
• concentration plus forte en isotopes radioactifs
• chaleur primitive d’accrétion présente en plus grande quantité
◮ Manteau plus chaud, donc moins visqueux,
avec une convection probablement plus vigoureuse
Roches
archéennes : Komatiites
formées par fusion partielle du manteau, avec un taux de fusion partielle
important (plus fort qu’à l’actuel).
Tectonique
des plaques active il y a environ 3 Ga : nécessite des plaques
suffisamment rigides.
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V - 6 Evolution thermique
Dans
le passé :
• concentration plus forte en isotopes radioactifs
• chaleur primitive d’accrétion présente en plus grande quantité
◮ Manteau plus chaud, donc moins visqueux,
avec une convection probablement plus vigoureuse
Roches
archéennes : Komatiites
formées par fusion partielle du manteau, avec un taux de fusion partielle
important (plus fort qu’à l’actuel).
Tectonique
des plaques active il y a environ 3 Ga : nécessite des plaques
suffisamment rigides.
◮ Manteau plus chaud d’environ 200-300◦ à l’Archéen (fin à 2.5 Ga) par rapport
au présent
◮ Taux de refroidissement de la Terre solide : ≃ 50 à 100 K/Ga.
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Remarque : Les temps “géologiques”
0.248
Age
4.5
Hadéen
(Ga)
Temps
3.8
0
2.5
Archéen
0.7
0.543
0.065
Protérozoique
2.0
4.0
4.5
Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Précambrien
Phanérozoique
Hadéen :
• Pas une période “géologique” : pas de roches de cet âge
• Formation du système solaire, condensation et accrétion/différenciation de la
Terre
• Terre d’abord fondue (océan magmatique) puis solidification
◮ Période mal connue
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Remarque : Les temps “géologiques”
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Age
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Hadéen
(Ga)
Temps
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Archéen
0.7
0.543
0.065
Protérozoique
2.0
Précambrien
4.0
4.5
Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Phanérozoique
Archéen :
• Quelques roches continentales de cet âge
• Premières traces de vie sur Terre : bactéries microfossiles (∼3.5 Ga)
• Atmosphère méthane, ammoniaque...
• Manteau partiellement fondu ?
• Début de la tectonique des plaques ?
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Remarque : Les temps “géologiques”
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Age
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Hadéen
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Temps
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Archéen
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Protérozoique
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Précambrien
4.0
4.5
Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Phanérozoique
Protérozoïque :
• Croûte continentale stable - Traces géologiques de supercontinents
• Entre 1.6 et 1.0 Ga : changement de composition de l’atmosphère
• Nombreux fossiles - Premiers eucaryotes (1.8 Ga)
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Remarque : Les temps “géologiques”
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Hadéen
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Temps
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Archéen
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Protérozoique
2.0
Précambrien
4.0
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Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Phanérozoique
Paléozoïque :
• “Explosion” de la vie
• Très nombreux fossiles à coquilles - Quelques vertébrés primitifs
• Rodinia se sépare en plusieurs continents - Formation de la Pangée
• S’achève par une extinction massive
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Remarque : Les temps “géologiques”
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Hadéen
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Temps
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Protérozoique
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Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Précambrien
Phanérozoique
Mésozoïque :
• Apparition des mammifères, dinosaures et plantes angiospermes
• Au départ, supercontinent (Pangée) : Laurasia et Gondwana
La pangée se divise en plusieurs continents
• Fin : extinction massive (dont dinosaures)
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Remarque : Les temps “géologiques”
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Age
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Hadéen
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Temps
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Archéen
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Protérozoique
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Précambrien
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Paléozoique
Cénozoique
Mésozoique
Phanérozoique
Cénozoïque :
• Ere géologique actuelle
• Développement de mammifères
• Les continents continuent de dériver et gagnent leur position actuelle
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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230
Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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230
Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)
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VI - Cinématique des plaques
1) Introduction
2) Cinématique classique
3) Géodésie spatiale
TD - Triangle des vitesses
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VI - 1 Introduction
Cinématique : quantification des mouvements (vitesse et direction)
Hypothèse fondamentale :
• Les plaques sont rigides
• Les déformations ont lieu uniquement le long de frontières de
plaques étroites
Deux approches :
• Cinématique “classique” : données océaniques
• Cinématique par géodésie spatiale : sur les continents
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VI - 1 Introduction
Les plaques peuvent être définies par la sismicité globale
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VI - 1 Introduction
Les plaques peuvent être définies par la sismicité globale
• Frontières étroites : dorsales
• Sismicité large pour les zones de subduction :
effet de la profondeur du plan de Wadati-Benioff
• Zones de déformations larges (ex. : Alpes - Himalaya)
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VI - 1 Plaques lithosphériques
Représentation “lignes”
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VI - 1 Plaques lithosphériques
Représentation avec largeur des zones de déformations
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VI - 2 Cinématique des plaques “classique”
Approximations faites pour le calcul des vitesses de plaques :
• La Terre est parfaitement sphérique
(alors qu’il y a un aplatissement aux pôles de 1/298)
• Les plaques sont des coquilles sphériques infiniment minces
(on ne considère pas les épaississements et amincissements de la lithosphère)
• Les mouvements sont concentrés sur des frontières de plaques infiniment
minces
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VI - 2 Cinématique des plaques “classiques”
“Règles” pour le mouvement des plaques :
• La divergence aux dorsales est symétrique : il y a autant de nouveau plancher
océanique créé de part et d’autre de la ride.
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VI - 2 Cinématique des plaques “classiques”
“Règles” pour le mouvement des plaques :
• La divergence aux dorsales est symétrique : il y a autant de nouveau plancher
océanique créé de part et d’autre de la ride.
• La subduction est asymétrique : seule une plaque plonge.
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VI - 2 Cinématique des plaques “classiques”
“Règles” pour le mouvement des plaques :
• La divergence aux dorsales est symétrique : il y a autant de nouveau plancher
océanique créé de part et d’autre de la ride.
• La subduction est asymétrique : seule une plaque plonge.
• Le mouvement relatif de deux plaques le long d’une faille transformante est
parallèle à cette faille.
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236
VI - 2 Cinématique des plaques : données
Trois types de mouvement le long des frontières de plaques,
avec différents types de données pour calculer les vitesses :
Divergence
:
• Anomalies magnétiques
• Ages des sédiments
• Mécanismes au foyer (en zones de rift pour avoir la direction d’extension)
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VI - 2 Cinématique des plaques : données
Trois types de mouvement le long des frontières de plaques,
avec différents types de données pour calculer les vitesses :
Divergence
:
• Anomalies magnétiques
• Ages des sédiments
• Mécanismes au foyer (en zones de rift pour avoir la direction d’extension)
Coulissement
• Morphologie
• Séismes et mécanismes au foyer (pour avoir l’orientation des failles et le sens du
mouvement)
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VI - 2 Cinématique des plaques : données
Trois types de mouvement le long des frontières de plaques,
avec différents types de données pour calculer les vitesses :
Divergence
:
• Anomalies magnétiques
• Ages des sédiments
• Mécanismes au foyer (en zones de rift pour avoir la direction d’extension)
Coulissement
• Morphologie
• Séismes et mécanismes au foyer (pour avoir l’orientation des failles et le sens du
mouvement)
Convergence
• Mécanismes au foyer (direction de la convergence)
◮ Pas d’accès direct aux vitesses
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VI - 2 Rotation des plaques et pôles d’Euler
• Tout mouvement d’un solide à la surface d’une sphère correspond à une
rotation autour d’un pôle (pôle d’Euler)
P
A
• Quand deux plaques divergent : les
points les plus proches du pôle
d’Euler ont une vitesse de divergence moins élevée que les points
éloignés du pôle d’Euler
B
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VI - 2 Rotation des plaques et pôles d’Euler
• Tout mouvement d’un solide à la surface d’une sphère correspond à une
rotation autour d’un pôle (pôle d’Euler)
P
A
• Quand deux plaques divergent : les
points les plus proches du pôle
d’Euler ont une vitesse de divergence moins élevée que les points
éloignés du pôle d’Euler
B
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VI - 2 Rotation des plaques et pôles d’Euler
• Tout mouvement d’un solide à la surface d’une sphère correspond à une
rotation autour d’un pôle (pôle d’Euler)
P
A
B
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• Quand deux plaques divergent : les
points les plus proches du pôle
d’Euler ont une vitesse de divergence moins élevée que les points
éloignés du pôle d’Euler
• La vitesse d’écartement ne varie pas
de manière continue le long de la
ride : la ride est découpée en
segments
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VI - 2 Rotation des plaques et pôles d’Euler
• Tout mouvement d’un solide à la surface d’une sphère correspond à une
rotation autour d’un pôle (pôle d’Euler)
P
A
B
• Quand deux plaques divergent : les
points les plus proches du pôle
d’Euler ont une vitesse de divergence moins élevée que les points
éloignés du pôle d’Euler
• La vitesse d’écartement ne varie pas
de manière continue le long de la
ride : la ride est découpée en
segments
• Les failles transformantes accommodent les différences de vitesse
entre les points proches et éloignés
du pôle d’Euler
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238
VI - 2 Failles transformantes
• Les failles transformantes sont le long de petits cercles sur la sphère
• Le long d’une ride, les failles transformantes sont “concentriques”
• Les perpendiculaires à ces petits cercles se croisent au pôle de rotation des
plaques
◮ Les failles transformantes donnent la direction de la divergence
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VI - 2 Failles transformantes
• Les failles transformantes sont le long de petits cercles sur la sphère
• Le long d’une ride, les failles transformantes sont “concentriques”
• Les perpendiculaires à ces petits cercles se croisent au pôle de rotation des
plaques
◮ Les failles transformantes donnent la direction de la divergence
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VI - 2 Failles transformantes
• Les failles transformantes sont le long de petits cercles sur la sphère
• Le long d’une ride, les failles transformantes sont “concentriques”
• Les perpendiculaires à ces petits cercles se croisent au pôle de rotation des
plaques
◮ Les failles transformantes donnent la direction de la divergence
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239
VI - 2 Cinématique classique
La
vitesse apparente des plaques peut être mesurée perpendiculairement aux
rides
Les
mesures de vitesse d’écartement sont moyennées sur 3 Ma :
• Les vitesses sont calculées à partir des anomalies magnétiques
• Pour des dorsales lentes, la première anomalie visible est à 3 Ma
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240
VI - 2 Cinématique classique
La
vitesse apparente des plaques peut être mesurée perpendiculairement aux
rides
Les
mesures de vitesse d’écartement sont moyennées sur 3 Ma :
• Les vitesses sont calculées à partir des anomalies magnétiques
• Pour des dorsales lentes, la première anomalie visible est à 3 Ma
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240
VI - 2 Pôle de rotation
La
vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation
P
A
B
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VI - 2 Pôle de rotation
La
vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation
A
B
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241
VI - 2 Pôle de rotation
La
vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation
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241
VI - 2 Pôle de rotation
La
vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation
Le
mouvement d’une plaque est définie par
• la position du pôle de rotation
• la vitesse angulaire ω de la plaque par rapport à ce pôle
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241
VI - 2 Pôle de rotation
La
vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation
Le
mouvement d’une plaque est définie par
• la position du pôle de rotation
• la vitesse angulaire ω de la plaque par rapport à ce pôle
La
vitesse apparente est V = RT ω sin ∆
∆ : distance angulaire du point considéré au pôle de rotation
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VI - 2 Mouvement des plaques
A
partir des vitesses apparentes le long des dorsales, on peut calculer la
position du pôle de rotation et la vitesse angulaire des plaques
Exemple : NUVEL-1 (R. Gordon)
Mouvement avec la Plaque Pacifique fixée
Plaque
Pôle de rotation
Vitesse angulaire
Latitude
Longitude
(deg/Ma)
Eurasie
61.1 N
85.8 W
0.8985
Afrique
59.2 N
72.2 W
0.9695
Inde
60.5 N
30.4 W
1.1539
Amérique du Nord
48.7 N
78.2 W
0.7829
Amérique du Sud
55.0 N
85.8 W
0.6657
Cocos
36.8 N
108.6 W
2.0890
Australie
60.1 N
1.7 E
1.1236
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