Intérieur de la Terre et Tectonique des plaques

Intérieur de la Terre & Tectonique des plaques Copyright © 1995-2009 par Rosanna L. Hamilton.Tous droits réservés. Une théorie est un outil – pas un credo. -J. J. Thomson

Intérieur de la Terre

De même qu’un enfant peut secouer un cadeau non ouvert pour tenter d’en découvrir le contenu, l’homme doit écouter le bruit et les vibrations de notre Terre pour tenter d’en découvrir le contenu. C’est ce que fait la sismologie, qui est devenue la principale méthode utilisée pour étudier l’intérieur de la Terre.Seismos est un mot grec signifiant « choc », proche de tremblement de terre, secousse ou mouvement violent. La sismologie terrestre est l’étude des vibrations produites par des tremblements de terre, l’impact de météorites ou des moyens artificiels tels qu’une explosion. Lors de ces occasions, un sismographe est utilisé pour mesurer et enregistrer les mouvements et vibrations réels de la Terre et du sol.

Les scientifiques classent les mouvements sismiques en quatre types d’ondes diagnostiques qui se déplacent à des vitesses allant de 3 à 15 kilomètres (1,9 à 9,4 miles) par seconde. Deux de ces ondes se déplacent autour de la surface de la Terre en formant des vagues. Les deux autres, les ondes primaires (P) ou de compression et les ondes secondaires (S) ou de cisaillement, pénètrent à l’intérieur de la Terre. Les ondes primaires compriment et dilatent la matière qu’elles traversent (roche ou liquide), comme les ondes sonores, et peuvent se déplacer deux fois plus vite que les ondes S. Les ondes secondaires se propagent dans la roche mais ne peuvent pas traverser les liquides. Les ondes P et S se réfractent ou se réfléchissent aux points de rencontre de couches aux propriétés physiques différentes. Elles réduisent également leur vitesse lorsqu’elles traversent un matériau plus chaud. Ces changements de direction et de vitesse sont le moyen de localiser les discontinuités.

Divisions de l’intérieur de la Terre
(Adapté de, Beatty, 1990.)

Les discontinuités sismiques aident à distinguer les divisions de la Terreen noyau interne, noyau externe, D », manteau inférieur, région de transition,manteau supérieur et croûte (océanique et continentale). Des discontinuités plus tardives ont également été distinguées et cartographiées par la tomographie sismique mais ne seront pas discutées ici.

• Noyau interne : 1,7% de la masse de la Terre ; profondeur de 5 150 à 6 370 kilomètres (3 219 à 3 981 miles)
  Le noyau interne est solide et non attaché au manteau, suspendu dans le noyau externe fondu. On pense qu’il s’est solidifié à la suite de la congélation par pression qui se produit pour la plupart des liquides lorsque la température diminue ou que la pression augmente.
• Noyau externe : 30,8% de la masse de la Terre ; profondeur de 2 890-5 150 kilomètres (1 806 – 3 219 miles)
  Le noyau externe est un liquide chaud et électriquement conducteur au sein duquel se produit un mouvement convectif. Cette couche conductrice se combine avec la rotation de la Terre pour créer un effet de dynamo qui maintient un système de courants électriques connu sous le nom de champ magnétique terrestre. Elle est également responsable de la subtile secousse de la rotation de la Terre. Cette couche n’est pas aussi dense que du fer fondu pur, ce qui indique la présence d’éléments plus légers. Les scientifiques soupçonnent qu’environ 10% de la couche est composée de soufre et/ou d’oxygène car ces éléments sont abondants dans le cosmos et se dissolvent facilement dans le fer fondu.
• D » : 3% de la masse de la Terre ; profondeur de 2 700-2 890 kilomètres (1 688 – 1 806 miles)
  Cette couche a une épaisseur de 200 à 300 kilomètres (125 à 188 miles) etreprésente environ 4% de la masse du manteau-crête. Bien qu’elle soit souvent identifiée comme faisant partie du manteau inférieur, les discontinuités sismiques suggèrent que la couche « D » pourrait différer chimiquement du manteau inférieur qui la recouvre. Les scientifiques pensent que le matériau s’est soit dissous dans le noyau, soit a pu s’enfoncer dans le manteau mais pas dans le noyau en raison de sa densité.
• Manteau inférieur : 49,2% de la masse de la Terre ; profondeur de 650 à 2 890 kilomètres (406 à 1 806 miles)
  Le manteau inférieur contient 72,9% de la masse manteau-crête et est probablement composé principalement de silicium, de magnésium et d’oxygène. Il contient probablement aussi un peu de fer, de calcium et d’aluminium. Les scientifiques font ces déductions en supposant que la Terre a une abondance et une proportion d’éléments cosmiques similaires à celles trouvées dans le Soleil et les météorites primitives.
• Région de transition : 7,5 % de la masse de la Terre ; profondeur de 400 à 650 kilomètres (250 à 406 miles)
  La région de transition ou mésosphère (pour middlemantle), parfois appelée couche fertile,contient 11,1 % de la masse de la croûte mantellique et est la source des magmas basaltiques. Elle contient également du calcium, de l’aluminium et du grenat, un minéral silicaté complexe contenant de l’aluminium. Cette couche est dense à froid à cause du grenat. Elle est flottante lorsqu’elle est chaude car ces minéraux fondent facilement pour former du mastic qui peut alors remonter à travers les couches supérieures sous forme de magma.
• Manteau supérieur : 10,3% de la masse de la Terre ; profondeur de 10 à 400 kilomètres (6 à 250 miles)
  Le manteau supérieur contient 15,3% de la masse du manteau-croûte. Des fragments ont été excavés pour notre observation par des ceintures montagneuses érodées et des éruptions volcaniques. L’olivine (Mg,Fe)2SiO4 et le pyroxène(Mg,Fe)SiO3 sont les principaux minéraux trouvés de cette façon. Ces minéraux, ainsi que d’autres, sont réfractaires et cristallins à haute température ; par conséquent, la plupart d’entre eux se détachent du magma ascendant, formant de nouveaux matériaux crustaux ou ne quittant jamais le manteau. Une partie du manteau supérieur, appelée asthénosphère, peut être partiellement fondue.
• Croûte océanique : 0,099% de la masse terrestre ; profondeur de 0 à 10 kilomètres (0 – 6 miles)
  La croûte océanique contient 0,147% de la masse du manteau-croûte. La majorité de la croûte terrestre a été formée par l’activité volcanique. Le système des dorsales océaniques, un réseau de volcans de 40 000 kilomètres (25 000 miles), génère une nouvelle croûte océanique au rythme de 17 km3 par an, recouvrant le fond de l’océan de basalte.Hawaï et l’Islande sont deux exemples de l’accumulation d’amas de basalte.
• Croûte continentale : 0,374% de la masse de la Terre ; profondeur de 0 à 50 kilomètres (0 – 31 miles).
  La croûte continentale contient 0,554% de la masse de la croûte terrestre. Il s’agit de la partie externe de la Terre, composée essentiellement de roches cristallines. Ce sont des minéraux flottants de faible densité dominés principalement par le quartz (SiO2) et les feldspaths (silicates pauvres en métaux).
  La croûte (océanique et continentale) est la surface de la Terre ; en tant que telle, c’est la partie la plus froide de notre planète. Parce que les roches froides se déforment lentement, on appelle cette enveloppe externe rigide la lithosphère (couche solide ou résistante).

La lithosphère &Tectonique des plaques

Lithosphère océanique

La couche rigide la plus externe de la Terre comprenant la croûte et le manteau supérieur est appelée lithosphère. La nouvelle lithosphère océanique se forme par volcanisme sous la forme de fissures au niveau des dorsales médio-océaniques qui sont des fissures qui encerclent le globe. La chaleur s’échappe de l’intérieur lorsque cette nouvelle lithosphère émerge du dessous. Elle se refroidit progressivement, se contracte et s’éloigne de la dorsale, se déplaçant sur le plancher océanique jusqu’aux zones de subduction dans un processus appelé l’étalement du plancher océanique. Avec le temps, la lithosphère plus ancienne s’épaissit et finit par devenir plus dense que le manteau sous-jacent, ce qui la fait redescendre (subduction) dans la Terre à un angle prononcé, refroidissant ainsi l’intérieur. La subduction est la principale méthode de refroidissement du manteau situé en dessous de 100 kilomètres (62,5 miles). Si la lithosphère est jeune et donc plus chaude au niveau d’une zone de subduction, elle sera repoussée vers l’intérieur à un angle plus faible.

Lithosphère continentale

La lithosphère continentale a une épaisseur d’environ 150 kilomètres avec une croûte de faible densité et un manteau supérieur qui flottent en permanence.Les continents dérivent latéralement le long du système de convection du manteau, s’éloignant des zones chaudes du manteau vers des zones plus froides, un processus connu sous le nom de dérive des continents. La plupart des continents sont aujourd’hui assis ou se déplacent vers des parties plus froides du manteau, à l’exception de l’Afrique. L’Afrique était autrefois le noyau de la Pangée, un supercontinent qui a fini par se briser en continents actuels.Plusieurs centaines de millions d’années avant la formation de la Pangée,les continents méridionaux – Afrique, Amérique du Sud, Australie, Antarctique et Inde – étaient assemblés ensemble dans ce qu’on appelle leGondwana.

Tectonique des plaques

Les limites des plaques crustales
(Courtoisie du NGDC)

La tectonique des plaques implique la formation, le mouvement latéral, l’interaction et la destruction des plaques lithosphériques. Une grande partie de la chaleur interne de la Terre est évacuée par ce processus et de nombreuses grandes caractéristiques structurelles et topographiques de la Terre sont ainsi formées. Les vallées du rift continental et les vastes plateaux de basalte sont créés lors de la rupture des plaques lorsque le magma passe du manteau au fond de l’océan, formant une nouvelle croûte et séparant les dorsales médio-océaniques. Les plaques se heurtent et sont détruites lorsqu’elles descendent dans les zones de subduction pour produire des fosses océaniques profondes, des chaînes de volcans, de vastes failles transformantes, de larges élévations linéaires et des ceintures montagneuses plissées. La lithosphère de la Terre est actuellement divisée en huit grandes plaques et environ deux douzaines de plaques plus petites qui dérivent au-dessus du manteau à une vitesse de 5 à 10 centimètres (2 à 4 pouces) par an. Les huit grandes plaques sont les plaques africaine, antarctique, eurasienne, indienne-australienne, de Nazca, nord-américaine, pacifique et sud-américaine. Quelques-unes des plaques plus petites sont les plaques anatolienne, arabe, des Caraïbes, des Cocos, des Philippines et de Somalie.

Beatty, J. K. et A. Chaikin, eds. The New Solar System.Massachusetts : Sky Publishing, 3e édition, 1990.

Press, Frank et Raymond Siever. La Terre. New York : W. H. Freemanand Company, 1986.

Seeds, Michael A. Horizons. Belmont, Californie : Wadsworth, 1995.