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 III.
Les premières preuves de l’expansion océanique
1.
Mise en évidence d’une convection mantellique
a)
Variations du flux thermique
Au cours de sa formation, la Terre a accumulé de la chaleur qu'elle dissipe encore de nos jours. Une autre source de chaleur interne est la désintégration d’isotopes radioactifs dans les roches du manteau. & Nathan doc. 1 page 134 (flux géothermique)
Le flux de chaleur dissipée à la surface de la Terre est de 4.1013 W. Remarque : ceci correspond à la puissance d'une ampoule de 50W éclairant une surface carrée de 25 m de côté ; à titre de
comparaison, le rayonnement solaire à la surface de la Terre apporte 7.1017 W.
La dissipation de l’énergie interne se manifeste donc principalement par un flux de chaleur en surface (appelé flux géothermique), 100 fois plus fort que l'énergie cumulée des séismes et des volcans. Ce flux de chaleur est responsable de l'élévation de la température avec la profondeur (30 °C.km-­‐1 dans la croûte). Le flux de chaleur est plus élevé au niveau des dorsales océaniques (anomalie thermique positive) et plus faible au niveau des continents (anomalie thermique négative). b)
Topographie des fonds océaniques
& Nathan doc. 1b page 164 (dorsale atlantique nord), carte des fonds océaniques (couverture verso), page 151 (le Nautile)
Les campagnes d’exploration des océans ont permis de découvrir les dorsales, véritables « montagnes » sous-­‐marines (plusieurs milliers de m de hauteur sur plusieurs milliers de km de largeur). Ces reliefs sous-­‐
marins coïncident avec les anomalies thermiques positives. Remarque : inversement, les fosses océaniques (une dizaine de km de profondeur) coïncident avec les anomalies thermiques
négatives.
è Relief et flux thermique sont donc liés. Le bombement des dorsales serait dû à une montée de matériel
chaud provenant du manteau. Mais une roche solide (la péridotite) peut-elle bouger ?
c)
Convection mantellique
& Nathan doc. 2 page 134 (convection), sur site : « l’expérience de la goutte de goudron »
La péridotite est une roche solide mais ductile (ou plastique) qui peut se déformer très lentement (à l’échelle des temps géologique). Un « mouvement » de péridotite peut donc s'établir dans le manteau. ¸ Expérience de convection + lampe à cire (livre doc. 3 page 307)
La péridotite, en chauffant, se dilate et sa densité diminue (comme la cire de la lampe ou l’air dans la montgolfière). Lorsque la densité de la péridotite chaude devient inférieure à celle de la péridotite plus froide autour, elle monte grâce à cette différence de densité (c’est la « poussée d’Archimède »). C’est le phénomène de convection. Source : http://planet-­‐terre.ens-­‐lyon.fr/ Cours de Première S (Géologie)
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08/12/14
2.
De la dérive des continents à l’expansion océanique
a)
Le champ magnétique terrestre peut être « fossilisé » dans les roches
& Nathan doc. 1 et 2 page 136, doc. page 388 (champ magnétique terrestre et paléomagnétisme)
Le champ magnétique terrestre est produit par les mouvements du noyau ferreux liquide. Certaines roches (contenant des minéraux comme la magnétite Fe3O4) « fossilisent » le champ magnétique terrestre en refroidissant6. Leur étude permet de reconstituer les caractéristiques (intensité, direction et sens) du champ magnétique à différentes époques (principe du paléomagnétisme). On a ainsi montré7 que le champ magnétique s’est inversé plusieurs fois au cours de l’histoire de la Terre : le pôle Nord magnétique se trouve alors près du pôle Sud géographique ! Remarque : on parle d’anomalies magnétiques négatives pour les périodes d’inversion et d’anomalies positives pour les
autres. La position des pôles a également varié au cours des temps géologiques.
b)
Les anomalies magnétiques permettent de calculer la vitesse de l’expansion
océanique
& Nathan doc. 3 page 136 (anomalies magnétiques) + animation sur site
Les anomalies magnétiques sont réparties de façon symétrique des deux côtés de l’axe de la dorsale, et leur âge est proportionnel à leur éloignement de cet axe8. Ceci montre que les roches (qui ont enregistré le paléochamp magnétique) se sont formées au niveau de l'axe de la dorsale puis s'en sont progressivement éloignées. Cette interprétation, formulée par F. Vine, D. Matthews et L. Morley en 1963, confirme les observations précédentes et met en évidence le phénomène d’expansion océanique. Ce ne sont donc pas les continents qui dérivent (activement) mais les océans qui s’ouvrent, entraînant ainsi passivement les continents sur les côtés. L’hypothèse de la dérive des continents est ainsi remplacée par celle de l’expansion océanique (Arthur Holmes en 1945 puis Harry Hess en 1962). La vitesse d’ouverture des océans est de l’ordre de quelques cm par an. Le document ci-dessous représente de gauche à droite et de haut en bas : le « calendrier » des inversions magnétiques, la « peau de
zèbre » (carte des anomalies magnétiques au niveau d’une dorsale) et un schéma interprétant les données.
Source : http://planet-­‐terre.ens-­‐lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-­‐geophysique-­‐fonds-­‐oceaniques.xml 6
Certains minéraux s’aimantent lorsque leur température descend sous une certaine valeur appelée « point de Curie » (585°C pour la magnétite).
Les inversions du champ magnétique ont été découverts par Bernard Brunhes et Motonori Matuyama en 1906.
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En représentant en noir les anomalies magnétiques positives et en blanc les anomalies négatives, on obtient sur une carte de l’océan une « peau
de zèbre » caractéristique.
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Cours de Première S (Géologie)
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08/12/14