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23/03/2016 1 Cinématique de la lithosphère 1. Introduction : lidée 2. Les mécanismes 3. Lexpression en surface A. Les mouvements finis (2-3 Ma) B. Les mouvements instantanées (GPS) C. Comparaison: quasi « steady-state » D. Vitesse de rotation et vitesse instantanée E. Mouvements sur la sphère – repères – exercices F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes 4. Les conséquences en profondeur Exercice de cinématique de base Plaque G fixe

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23/03/2016

1

Cinématique de la lithosphère

1. Introduction : l’idée 2. Les mécanismes3. L’expression en surface

A. Les mouvements finis (2-3 Ma)B. Les mouvements instantanées (GPS)C. Comparaison: quasi « steady-state »D. Vitesse de rotation et vitesse instantanéeE. Mouvements sur la sphère – repères – exercicesF. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

4. Les conséquences en profondeur

Exercice de cinématique

de base

Plaque G fixe

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2

Lorsque l’on a plus de deux plaques : points triples

Cf L2

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3

Cf L2

Exercice de Cinématique de base

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4

Exercice de Cinématique de base

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Ces déplacements sont la cause de presque toutes les grandes structures géodynamiques

(vues dans l’UE Planète Terre)

Zoom 1/2

Birth of passive margins: Continental rifting

- Continuous thinning & lengthening of a 4-layer (brittle-ductile) continental lithosphere- Development of “boudins” in brittle layers (tilted blocks) and of normal shear zones in

ductile ones- Exhumation (unroofing) of mantle rocks at the center & foot of the new passive margins

Brun & Beslier 1996

How does it work? If tensional boundary forces are applied on a continental lithosphere:

Cross section

Asthenospheric upwelling (Non volcanic case)

Subsidence

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

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Example of the formation of conjugate

passive margins :

- Asymmetrical model of

divergence (simple shear

model)- « passive » rifting model

First 15 Myr

Synthesis: Asymmetry in rifts and conjugate margins

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

Last 25 Myr

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F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

EXEMPLES ACTUELSRifting: stade initial d’étirement de la croûte

Amincissement β = h0/ hsup

Dorsales rapidesou lentes

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

En mm par an:Rapide : 90-160

Intermédiaire : 90-50Lent : 50-20

Ultra-lent : < 20

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Géologie de la croûte océanique

Cette séquence est cohérenteavec le profil de vitesse sismique

type de la croûte océanique

-2

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10Vp (km/s)

Water

Moho

Mantle = altered peridotite

Layer 3 = gabbro

Layer 2 = extrusives

Layer 2a = dikes

Layer 1 = sediment

•Série pétrologique du sommet à la base:• sédiments marins de grands fonds

• dépôts massifs de sulfures• basaltes en pillow(coussins)

• complexe filonien• gabbros lités

• péridotites serpentinisées

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

Marges volcaniquesMarges non-volcaniques

From Dalziel et al., 2000 modified

Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

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- Wide margin (ca. 100 km)- Numerous tilted blocks

and half grabens: thinning- Normal faults rooted on a flat reflector: S detachment connected with the roof of

peridotites: shearing- Serpentinized peridotites, outcropping by mechanical

unroofing: Mantle exhumation

- Transition from last rifting to first seafloor spreading: break-up discontinuity

Marges non-volcaniques: CaractéristiquesBoillot et al. 2001

0 10 km

S

7

8

9

10

11S twt

1 2

1

2

Representative case: Starved Galicia margin

Shear

Break-updiscontinuity

serpentinized peridotites

sampled on the seafloor

OCT

Drilling

TOTAL DURATION: > 35 Myr (Galicia-NFL)

1. At sea by seismic methods:

Seismic section (2D) in seconds two-way traveltime

Tilted blocks: a classical observation of non-volcanic passive margins

Yellow: tilted and shifted surfaceRed: Faults

2. On land in previous passive margins involved in an orogen :

Tilted blocks = Witnesses of thinning/lengthening of the crust

Jurassic Alpine Ocean

Faults

Marges non-volcaniques: Caractéristiques

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W-Australia, Planke et al., 2000, interpreted

MAGMA: EN INTRUSIONS DANS LES FAILLES ETEN « SILLS » DANS LA CROÛTE INFERIEURE

White et al., 2008

Marges volcaniques: Caractéristiques, témoins en imagerie ssmique

Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest

Lateral flow in dykes

Geoffroy, 2001

SDRS = Syn-magmatic roll-over anticlines

Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest

Marges volcaniques: Caractéristiques

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? Thick oceanic crustContinental crust

?

Onshore geologyEventual external highs Post-breakup sediments

“Oceanic” SDR

12-30 km

Eventual pre-plume sedimentary basinPre-breakup traps

Sills

Extensional volcanic passive marginNo crustal extension coeval

with plume activity

Moho

Moho?

SDRext

SDRint

?

High-velocity zone

Geoffroy, 2001, 2006

Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest

Marges volcaniques: Caractéristiques majeures

Moroccan MarginNova Scotian Margin

Body at 7.2 - 7.6 km/s interpreted as serpentinized

peridotites

SMART line, courtesy T. Funk

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Distance (km)

W E

SMART Line 1

2 3 4 5 6 7 8Vitesse

km/s

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0 50 100 150 200 250 300 350 400Distance (km)

W E

SISMAR Line 4

2 3 4 5 6 7 8Vitesse

km/s

0102030405060708091011121314 010203 0405 06 0708 09 1011 13 14 16 18

COB COB320 km 200 km

175 km?

160 km

Vert. Exag. x5

Stretched continental crust Stretched continental crust

Reconstruction

Asymétrie des marges conjuguées

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« Prominent asymmetry between the Hatton and the conjugate Greenland margins is caused by asymmetry in the initial continental stretching and thinning, as ubiquitously

observed on nonvolcanic margins »

(White et al., 2009)

Hatton Bank - Greenland conjugate margins

Free-Air Gravity Anomaly

Velocity cross section

Callot et al. 2001Experimental model

Asymétrie des marges conjuguées

F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

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F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes

Cinématique de la lithosphère

Introduction : l’idée Les mécanismesL’expression en surfaceLes conséquences en profondeur

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4/ Conséquences en profondeurEchange de matériel et de chaleur

Conduction: mode de transfert de chaleurprovoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière (agitation thermique qui se transmet de proche en proche)Convection: ensemble des mouvements internes (verticaux ou horizontaux) qui animent un fluide ou un solide visqueux et qui impliquent le transportde ses propriétés au cours de son déplacement. Ce transfert implique un échange/déplacement de chaleur

https://fr.wikipedia.org/wiki/

4/ Conséquences en profondeur

Echange de matériel et de chaleur

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Mais attention !

L’analogie avec la casserole qui chauffe est schématique voire trompeuse

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Rappel: Tomographie globale pour « voir » la convection

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Les conditions de la convection mantellique

Ra =α .∆T.g.h3

κ .υ

diffusivité thermique

viscosité

coefficient de dilatation thermique

Ra: nombre de Rayleigh - exprime

le rapport des forces impliquées

dans la convection

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Les conditions de la convection mantellique

Ra =α .∆T.g.h3

κ .υ

Forces motrices (Archimède)

Forces freinage

Les conditions de la convection mantellique

Ra =α .∆T.g.h3

κ .υ

Valeur seuil = 103

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Maintenant : considérations philosophiques …

Le manteau convecte pour évacuer la chaleur qu’il produit ou dont il hérite…Les plaques lithosphériques s’enfoncent car en refroidissant, elles deviennent plus dense que le manteau…Les panaches remontent des roches chaudes des profondeurs du manteau…Les plaques qui entrent en subductions étirent la lithosphère et engendrent les dorsales qui évacuent de la chaleur…

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Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?

Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?

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Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?

discussion …

Coffin & Eldholm (1993)

Large Igneous Provinces