v - dynamique du manteau -...

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

C.Grigne - UE Terre Profonde 227

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 : Komatiitesformées par fusion partielle du manteau, avec un taux de fusion partielleimportant (plus fort qu’à l’actuel).








� Tectonique des plaques active il y a environ 3 Ga : nécessite des plaquessuffisamment rigides.








� Tectonique des plaques active il y a environ 3 Ga : nécessite des plaquessuffisamment rigides.

◮ Manteau plus chaud d’environ 200-300◦ à l’Archéen (fin à 2.5 Ga) par rapportau présent

◮ Taux de refroidissement de la Terre solide : ≃ 50 à 100 K/Ga.


Remarque : Les temps “géologiques”

Phanérozoique

(Ga) Protérozoique

Paléozoique CénozoiqueMésozoique

Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

Hadéen :

• Pas une période “géologique” : pas de roches de cet âge

• Formation du système solaire, condensation et accrétion/différenciation de laTerre

• Terre d’abord fondue (océan magmatique) puis solidification

◮ Période mal connue



Phanérozoique

(Ga) Protérozoique


Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

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 ?



Phanérozoique

(Ga) Protérozoique


Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

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)



Phanérozoique

(Ga) Protérozoique


Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

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



Phanérozoique

(Ga) Protérozoique


Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

Mésozoïque :

• Apparition des mammifères, dinosaures et plantes angiospermes

• Au départ, supercontinent (Pangée) : Laurasia et GondwanaLa pangée se divise en plusieurs continents

• Fin : extinction massive (dont dinosaures)



Phanérozoique

(Ga) Protérozoique


Hadéen Archéen

Temps 0 0.7 2.0 4.0 4.5

Age 4.5 3.8 2.5 0.543

0.248

0.065

Précambrien

Cénozoïque :

• Ere géologique actuelle

• Développement de mammifères

• Les continents continuent de dériver et gagnent leur position actuelle


Dérive des continents sur les derniers 240 Ma (J. Besse)


VI - Cinématique des plaques

1) Introduction

2) Cinématique classique

3) Géodésie spatiale

TD - Triangle des vitesses


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


VI - 1 Introduction

Les plaques peuvent être définies par la sismicité globale


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)


VI - 1 Plaques lithosphériques

Représentation “lignes”


VI - 1 Plaques lithosphériques

Représentation avec largeur des zones de déformations


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 infinimentminces


VI - 2 Cinématique des plaques “classiques”

“Règles” pour le mouvement des plaques :

• La divergence aux dorsales est symétrique : il y a autant de nouveau plancherocéanique créé de part et d’autre de la ride.





• La subduction est asymétrique : seule une plaque plonge.





• La subduction est asymétrique : seule une plaque plonge.

• Le mouvement relatif de deux plaques le long d’une faille transformante estparallèle à cette faille.


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)





� Divergence :




� Coulissement

• Morphologie

• Séismes et mécanismes au foyer (pour avoir l’orientation des failles et le sens du

mouvement)





� Divergence :




� 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


VI - 2 Rotation des plaques et pôles d’Euler

• Tout mouvement d’un solide à la surface d’une sphère correspond à unerotation autour d’un pôle (pôle d’Euler)

P

A

B

• Quand deux plaques divergent : lespoints les plus proches du pôled’Euler ont une vitesse de diver-gence moins élevée que les pointséloignés du pôle d’Euler




P

A

B


• La vitesse d’écartement ne varie pasde manière continue le long de laride : la ride est découpée ensegments




P

A

B


• La vitesse d’écartement ne varie pasde manière continue le long de laride : la ride est découpée ensegments

• Les failles transformantes accom-modent les différences de vitesseentre les points proches et éloignésdu pôle d’Euler


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 desplaques

◮ Les failles transformantes donnent la direction de la divergence


VI - 2 Cinématique classique

� La vitesse apparente des plaques peut être mesurée perpendiculairement auxrides

� 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


VI - 2 Pôle de rotation

� La vitesse d’ouverture varie en fonction de la distance au pôle de rotation

P

A

B




A

B




� 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




� 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


VI - 2 Mouvement des plaques

� A partir des vitesses apparentes le long des dorsales, on peut calculer laposition du pôle de rotation et la vitesse angulaire des plaquesExemple : NUVEL-1 (R. Gordon)Mouvement avec la Plaque Pacifique fixée

PlaquePôle 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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