TECTONIQUE DES PLAQUES
INTRODUCTION
La tectonique des plaques est une théorie relativement nouvelle qui a révolutionné
la vision des géologues sur la Terre. Dans cette théorie, la surface de la Terre est
découpée en larges plaques. La taille et la position de ces plaques change dans le temps
géologiques. Les bordures de ces plaques, où elles se déplacent les unes par rapport
aux autres, sont le site d'une intense activité géologique, comme les tremblements de
terre, les volcans, et la construction des montagnes. La tectonique des plaques est
une combinaison de 2 idées récentes, la dérive des continents et l'expansion
océanique.
La dérive des continents est le mouvement des continents autour de la surface de la Terre
et leur changement de position relative les uns par rapport aux autres. L'expansion
des fonds océaniques est la création de nouvelle croûte océanique au niveau des rides
médio-océaniques et le mouvement de la croûte à partir des rides médio-océaniques.
ZONATION DE LA TERRE
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La Terre est divisée en 3 couches chimiques: le noyau, le manteau et la croûte. Le noyau est composé principalement de Fe et de Ni et reste très chaud, même après 4.5 Milliard d'années de refroidissement. Le noyau est divisé en 2 couches: une zone centrale solide et une zone externe liquide. La couche intermédiaire de la Terre, le manteau, est constitué de minéraux riches en Fe, Mg, Si et O. La croûte est riche en O et Si avec des quantités moindres de Al, Fe, Mg, Ca, K et Na. Il y a deux types de croûte. La croûte océanique est faite de roche relativement dense, le basalte. La croûte continentale est faite de roches de faible densité, comme l'andésite et le granite. |
DERIVE DES CONTINENTS
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La dérive des continents fut originellement proposé par Alfred Wegener, un météorologiste allemand, en 1912 Wegener utilisa l'ajustement des continents, la distribution des fossiles, une séquence de roche identique en de nombreux endroits, les anciens climats, et l'apparent déplacement des régions polaires de la Terre pour appuyer cette idée. Wegener utilisa ces observation pour émettre l'hypothèse que tous les continents actuels furent une partie d'un seul super continent appelé Pangée. |
LES FOSSILES
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Les fossiles d'une même espèce furent trouvés sur de nombreux continents. Wegener proposa que l'espèce fut dispersée quand les continents étaient connectés et plus tard déplacés dans leur position actuelle quand les continents dérivèrent. Pa exemple, Glossopteris, une fougère, fut trouvée sur les continents de l'amérique du sud, l'afrique, l'inde et l'australie. Si les continents sont réassemblés en la Pangée, la distribution de Glossoptéris peut être réduite à une zone géographique contigue très petite. La distribution d'autres espèves peuvent aussi être expliquées par une expansion initiale à travers la Pangée, suivie par la dislocation du supercontinent, et du mouvement des continents jusqu'à leur position actuelles. |
LES GLACIATIONS
La glaciation en Amérique du Sud, Afrique, en Inde et en Australie est mieux expliqué si ces continents étaient regroupés en un seul continent. Les glaciers recouvraient tout ou partie de ces continents à la même période géologique.
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Si les continents étaient dans leur position actuelle, un événement majeur glaciaire aurait couvert presque tout les continents et une extension au Nord de l'équateur serait requise. Les géologues n'ont pas trouvés de traces glaciaires dans l'hémisphère Nord durant cette période géologique. En fait, durant cette période, le climat en Amérique du Nord était chaud. |
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Wegener proposa que les continents étaient les uns à coté des autres durant cette épisode glaciaire. Par conséquent, l'extension des glaciers couvrait une zone beaucoup plus petite dans l'hémisphère sud et n'influença probablement pas le climat de l'hémisphère nord. |
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Wegener utilisa la distribution de types de roches spécifiques pour déterminer la distribution des zones climatiques dans le passé géologique. Par exemple, les striures et éraflures glaciaires dans la roche, les dunes de sable et les récifs coralliens, indiquent respectivement les pôles, les déserts et climats tropicaux. Les zones climatiques actuelles présentées sur la figures ci-contre. Notez comment la distribution des récifs, déserts et zones polaires limitent la position des pôles de rotation terrestre actuels. |
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Utilisant la distribution des types de roche, Wegener reconstruisit la distribution des zones climatiques à des moments spécifiques des temps géologiques du passé. Il trouva que contrairement à leur distribution actuelle, dans lesquelles ces zones sont parallèles à l'équateur, les zones passées occupaient des positions très différentes. Ceci implique que les pôles de rotation étaient dans des localisations relatives très différentes d'aujourd'hui. Wegener proposa une interprétation différente. Il pensa que les zones climatiques restaient stationnaires et que les continents dérivaient à différents endroits. La dérive des continents provoquant le mouvement apparent des zones climatiques. |
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Wegener utilisa la distribution des zones climatiques pour déterminer la position des pôles à différentes époques dans le passé géologique. Il trouva que les pôles de rotation paraissaient changer de position progressivement, arrivant dans leur position actuelle seulement dans le très récent passé géologique. Le mouvement apparent dans la position des pôles au cours du temps est appelé migration des pôles. Wegener proposa une autre interprétation. Il suggère que les pôles restent stationnaires et que les continents changent leur position par rapport aux pôles. |
LES PROBLEMES DU MODELE DE DERIVE DES CONTINENTS DE WEGENER
Le modèle de Wegener ne fut pas accepté par tous les géologues. Un certains nombre pensaient que la dispersion par le vent ou les courants pouvait expliquer la distribution des espèces fossiles. D'autres géologue pensaient que les pôles pouvaient migrer et les continents rester stationnaires. Beaucoup de géologues pensaient que les preuves de Wegener étaient insuffisantes.
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Le plus gros défaut, du moins aux yeux des géologues américains, était l'absence d'un mécanisme adéquate pour déplacer les continents. Wegener proposait que le mouvement de rotation de la Terre permettait aux continents de se déplacer, traversant la plaque océanique et formant les montagnes sur leurs bordures. |
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Un mécanisme pour le déplacement des continents fur proposé par Arthur Holmes, un géologue Écossais en 1928. Il pensait que la chaleur piégée dans la Terre provoquait des courants de convection, des zones fluides sous la croûte terrestre qui montaient, se déplaçaient latéralement puis s'enfonçaient. Les courants pouvaient monter sous les continents, s'étendaient latéralement, puis plongeaient sous les océans. (Les géologues savent maintenant que la roche solide, non fluide, "convectent" dans le manteau). Malheureusement, Wegener mort en 1930 pendant qu'il explorait le Groenland. Il n'a jamais eu l'opportunité d'adapter les idées d'Holmes à ses vues sur la dérive des continents. |
EXPANSION OCEANIQUE
En 1962, un géologue présenta une explication pour le système global des rifts. Harry Hess proposa que le nouveau plancher océanique est formé dans les fossés des rides médio-océaniques. Le plancher océanique, et la roche sous lui, sont produits par du magma qui monte depuis des niveau profonds. Hess suggéra que le fond océanique se déplace latéralement depuis la ride et plonge dans une fosse océanique le long d'une marge continentale.
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Une fosse océanique est une vallée avec une falaise escarpée sur le
fond adjacent à une marge continentale. Par exemple, la croûte océanique formée au
niveau de la dorsale Est Pacifique, une ride océanique dans le Pacifique Est, plonge dans
la fosse à la base des montagnes des Andes sur la face Ouest du continent Sud Américain.
Dans le modèle de Hess, les courants de convection poussent le fond océanique du la ride
médio-océaniques jusqu'à la fosse océanique. Les courants de convection peuvent aussi
aider le mouvement des continents, à l'image d'un tapis roulant. Au moment où Hess formulait son hypothèse, Robert Dietz indépendamment proposa un modèle similaire et l'appela l'expansion des fonds océaniques. Le modèle de Dietz à un ajout significatif. Il affirme que la surface de glissement est à la base de la lithosphère, non à la base de la croûte. |
TEST DE L'HYPOTHESE DE L'EXPANSION DES FONDS OCEANIQUES
Avant d'être largement acceptée, une nouvelle hypothèse doit être testée. Un test pour l'hypothèse de l'expansion des fonds océaniques met en jeu l'exemple des inversion magnétiques sur le fond océanique.
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A la fin des années 50, les scientifiques cartographièrent le champ magnétique actuel généré par les roches sur le plancher de l'océan Pacifique. Les roches volcaniques qui forment le plancher marin ont un magnétisme parce que, au refroidissement, les minéraux magnétiques à l'intérieur des roches s'alignent sur le champ magnétique terrestre. L'intensité du champ magnétique qu'ils mesurèrent était très différent de l'intensité qu'ils avaient calculé. Ainsi, les scientifiques détectèrent des anomalies magnétiques, ou des différences dans le magnétisme de place en place. Ils trouvèrent des anomalies magnétiques positives et négatives. Les anomalies magnétiques positives sont à l'endroit où le champ magnétique est plus important que prévu. Les anomalies magnétiques positives sont créées quand la roche refroidie et se solidifie avec le pôle nord magnétique terrestre dans l'hémisphère géographique nord. Le champ magnétique terrestre est rehaussé par le champ magnétique de la roche. Les anomalies magnétiques négatives sont des anomalies magnétiques plus faibles que celles escomptées. Les anomalies magnétiques négatives sont créées quand la roche refroidie et se solidifie avec le pôle nord magnétique terrestre dans l'hémisphère géographique sud. Le champ magnétique résultant est moins important que celui estimé car le champ magnétique terrestre est réduit par le champ magnétique de la roche. |
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Quand elles furent cartographiées, les anomalies produirent des zones alternées de
bandes parallèles positives et négatives. L'ensemble était centré le long, de
manière symétrique, de la ride médio-océanique. Une hypothèse fut présentée en 1963 par Fred Vine et Drummond Matthews pour expliquer ce modèles. Ils proposèrent que la lave émise à différentes époques le long du rift au sommet de la ride médio-océanique préservait différentes anomalies magnétiques. |
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Dans cet exemple, la lave émise dans le passé géologique, quand le pôle nord magnétique était dans l'hémisphère nord, conserva une anomalie magnétique positive. |
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Au contraire, la lave émise dans le passé géologique , quant le pôle nord magnétique était dans l'hémisphère sud, conserva une anomalie magnétique négative. |
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La lave émise actuellement conservera une anomalie magnétique positive car le nord
magnétique terrestre est dans l'hémisphère nord. Vine et Matthews proposèrent que la lave émise sur les fonds océaniques sur les 2 côtés du rift, se solidifie, et s'éloigne avant que plus de lave soit émise. Si le champ magnétique terrestre s'est inversé (change d'un pôle géographique à l'autre) entre les éruptions, les coulées de lave pourront conserver un ensemble de bandes parallèles avec des propriétés magnétiques différentes. La capacité de l'hypothèse de Vine et Matthews à expliquer le modèle observé des anomalies magnétiques des fonds océaniques apporta un support important pour l'expansion des fonds océaniques. |
SUBDUCTION
Si une nouvelle lithosphère océanique est crée au niveau des rides médio-océaniques, où vont-elles ? Les géologues avaient la réponse avant que Vine et Matthews aient présentés leur hypothèse. En 1935, K. Wadati, un sismologue japonais, montra que les tremblements de terre apparaissaient de plus en plus profond en allant vers l'intérieur du continent Asiatique. Les tremblements de terre sous l'océan Pacifique apparaissaient à de faibles profondeurs. Les tremblements de terre sous la Sibérie et la Chine apparaissaient à de plus grande profondeur. Après la seconde guerre mondiale, H. Benioff observa la même distribution des tremblements de terre mais ne pu apporter une explication plausible.
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Le mouvement de la lithosphère océanique depuis les rides médio-océaniques fournissent une explication. Les cellules de convection dans le manteau aident à porter la lithosphère depuis la ride. La lithosphère arrive sur le bord d'un continent, ou elle est subductée ou s'enfonce dans l'asthénosphère. Ainsi, la lithosphère océanique est créée au niveau des rides médio-océaniques et détruites dans les zones de subduction, zones où la lithosphères s'enfonce dans l'asthénosphère. Les tremblements de terre sont générés dans les plaques rigides pendant leur subduction dans le manteau. Le plongement de la plaque sous le continent induit la répartition des tremblements de terre. |
LOCALISATION DES LIMITES DE PLAQUES
Les tremblements de terre et les volcans, évidence des mouvements dans la terre, aident à la localisation des bordures des plaques. Les tremblements de terre sont distribués dans des champs étroits, linéaires qui entourent la terre.
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Certaines de ces zones ont seulement des tremblements de terre superficiels (0-35 km), comme les rides médio-Atlantiques et Est-Pacifique. Au contraire, les tremblements de terre dans d'autres zones, comme l'ouest de l'Amérique du Sud et le sud de l'Asie centrale, sont superficiels, intermédiaires (30-70 km), et profonds (70-700 km). |
| Les volcans sont aussi distribués dans de longues zones qui entourent la Terre. Un exemple spectaculaire est la ligne des volcans qui encercle la majeure partie de l'océan Pacifique. Cette zone est connue comme l"Anneau de feu" car elle est la localisation de fréquentes éruptions volcaniques. | |
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La distribution des tremblements de terre et des volcans coïncide dans beaucoup d'endroits. Les géologues pensent que les zones d'activité géologique intense, avec des tremblements de terre, des volcans et/ou la formation de montagnes, marquent les limites entre les plaques lithosphériques. La distribution des tremblements de terre, volcans et des alignement de reliefs montagneux définissent 7 grandes plaques et 20 plus petites. Les plaques de Nazca et Juan de Fuca sont uniquement océaniques. La plaque Pacifique est principalement océanique et seulement une petite partie de lithosphère continentale se trouve dans le sud de la Californie et Baja de Mexico. LA plupart des autres plaques sont constituées de lithosphère continentales et océaniques. |
TYPES DE MOUVEMENTS DES PLAQUES
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La manière dont les plaques interagissent dépend de leur déplacement relatifs et si elles sont océaniques ou continentales. Les plaques s'éloignent, se rapprochent ou glissent les unes par rapport aux autres. Les géologues appellent cela, des limites de plaques divergentes, convergentes et transformantes. |
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A la limite divergentes, les plaques lithosphériques s'éloignent l'une par rapport à l'autre. La ride médio-Atlantique, une zone topographique élevée de l'océan Atlantique, est un exemple de limite de plaque divergentes. |
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A la limite convergente, les plaques se déplacent l'une vers l'autre. La marge Ouest du continent Sud Américain où la plaque océanique Nazca est poussée contre et dessous une partie continentale de la plaque sus-Américaine est un exemple de limite de plaque convergente. |
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A la limite de plaque transformantes, les plaques glissent l'une contre l'autre. La faille de San Andréas en Californie est un exemple de limite de plaque transformante, où la plaque Pacifique glisse le long de la plaque Nord Américaine. |