II/ L’étude des fonds océaniques
1. Les informations apportées par les forages des sédiments océaniques. (& pages 184/185 ; TP)
En décembre 1968 et janvier 1969 Le Glomar Challenger a réalisé une série de forages dans l'Atlantique Sud de part et d'autre de la dorsale vers 30° de latitude sud. Chaque forage a traversé l'ensemble des couches sédimentaires jusqu'au plancher basaltique.
Ø Document b page 184
Rappels Sédiments : roches provenant de
l’accumulation de dépôts de débris minéraux ou organiques, compaction et solidification.
En milieu océanique (au-dessus des plaines abyssales), la majorité de la sédimentation est le fait des organismes microscopiques
planctoniques dont le test (« coquille ») est carbonaté ou siliceux
Les carottes de forage obtenues
Des microfossiles dans les carottes de forage : détermination de l’âge des sédiments et des paléoclimats (à terminale)
NB : lors de leur sédimentation au-delà d’une certaine profondeur, les tests carbonatés sont dissous. Il ne reste alors dans les sédiments que des microfossiles siliceux, témoins d’un océan de grande profondeur
Les sédiments se déposent en couches successives et sous l’effet de la pression se déshydratent, se cimentent et forment les roches sédimentaires, c’est la diagénèse
On sait que les différentes couches de roches sédimentaires correspondent à des dépôts successifs de sédiments.
Donc plus une couche est profonde plus elle est ancienne (et inversement).
Donc au contact des basaltes on trouve les sédiments les plus anciens tandis qu’en surface on trouve les sédiments les plus récents.
Ø Documents 2 page 185 : âge des sédiments au contact du basalte
Attention, on étudie l’âge des sédiments directement en contact avec le plancher basaltique, les sédiments les plus profonds, donc les premiers déposés. Ils sont donc la signature de l’âge des basaltes
Observations : les sédiments les plus récents sont situés dans l’axe de la dorsale et plus on s’éloigne de la dorsale, de façon symétrique, plus l’âge des sédiments augmente, parallèlement à la dorsale
Les plus récents sont situés au niveau de la dorsale, les plus anciens, situés au niveau des côtes, sont datés du jurassique supérieur (145 Ma),
à On peut donc dire qu’il y a 145 MA, les basaltes situés aujourd’hui le long des côtes étaient au niveau de la dorsale. On met en évidence une mobilité horizontale du plancher océanique ! Cette mobilité se fait de façon symétrique de part et d’autre de la dorsale et est due aux mouvements de divergence
Plus on s’éloigne de la dorsale, plus l’épaisseur des sédiments augmente : ils s’accumulent de plus en plus au fil du temps, cela confirme le déplacement latéral du plancher océanique.
On peut ainsi dater l’ouverture de l’Atlantique sud : 145 MA Coupe du fond océanique atlantique sud-ouest
MA : 0, -5,3 -5,3, -23 -23, -34 -34, -56 -56, -65,5 -65,5, -99,5
Placez la dorsale sur le schéma : D
Carottes de forage 21 16
Observations :
La carotte 21 effectuée à 2000 Km de la dorsale est plus épaisse et les
sédiments les plus anciens, situés au contact des
basaltes, sont datés du crétacé : -65, -100 MA La carotte 16, effectuée à quelques Km de la dorsale est moins épaisse, les sédiments les plus anciens sont datés du miocène : -5, -23 MA
Il y a 65 Ma les basaltes situés au niveau de la carotte 21 étaient situés au niveau de la dorsale 21 : n° du forage
D
L’âge des sédiments océaniques à l’échelle mondiale (NB les plus anciennes roches continentales sont datées de 4Ga)
Les sédiments océaniques les plus anciens sont datés de ± 200Ma. Au niveau des marges passives.
Au niveau des marges actives, les sédiments sont plus récents, les plus anciens ayant disparus avec le phénomène de
subduction
NB on peut noter que l’Atlantique Nord s’est ouvert plus tôt : 170 MA Donc
- plus on s’éloigne de l’axe de la dorsale, plus les sédiments sont épais, plus le nombre de strates de sédiments forés est important car la durée de sédimentation est plus longue ;
- les sédiments au contact des basaltes sont de plus en plus anciens à mesure que l'on s'éloigne de l'axe de la dorsale ;
- les dépôts sédimentaires sont parallèles et symétriques de part et d'autre de la dorsale ; - au niveau mondial, les sédiments les plus anciens : 200 Ma sont situés au niveau des marges passives ;
- au niveau des marges actives, les sédiments les plus anciens ont disparu à cause de la subduction
Ces arguments sont venus confirmer le déplacement horizontal de la lithosphère océanique : de la dorsale vers les bordures continentales. On peut calculer de façon indirecte la vitesse de la divergence et de l’éloignement des plaques.
2. Les apports du paléomagnétisme (& page 186/187 ;TP) a) Le champ magnétique terrestre
Ø Doc. 1 page 186 : la terre possède un champs magnétique semblable à
celui crée par un dipôle placé au centre de la terre.
Le champ magnétique terrestre est la
conséquence
d'écoulements de matière ionisée (courants
électriques) dans le noyau externe liquide.
Valeur et orientation du champ magnétique sont caractéristiques d’un point géographique donc les caractéristiques du champ magnétique (orientation, intensité) signe la position géographique sur le globe terrestre
a
b
c
b) La mémoire magnétique des roches Certaines roches
comme les basaltes peuvent enregistrer le champ magnétique grâce à certains de leurs minéraux (magnétite Fe3O4) : ¡, qui s’orientent dans le champ magnétique lors du refroidissement de la roche.
NB : la température de Curie est la température à partir de laquelle les minéraux enregistrent le champ magnétique, par exemple magnétite = 575°C
Donc les roches, en enregistrant le champ magnétique, enregistre leur lieu de formation.
c) Des anomalies magnétiques sur le plancher océanique
Les campagnes océanographiques vont aussi montrer des anomalies de l’enregistrement du champ magnétique terrestre, par les basaltes des fonds océaniques, reparties de façon symétrique et parallèle de part et d’autre des dorsales.
Enregistrement réalisé au large de l’Islande par un magnétomètre trainé par un bateau
Les bandes noires représentent des anomalies + = le champ magnétique enregistré par le magnétomètre est plus élevé que le champ moyen actuel attendu.
Les bandes blanches représentent des anomalies - = le champ magnétique enregistré par le
magnétomètre est plus faible que le champ moyen actuel attendu.
Mais à quoi correspondent ces anomalies ?
La découverte des anomalies magnétiques par Raff et Mason puis leur interprétation indépendamment par Morley, Vine et Matthews permettent d’établir une échelle chronologique des inversions.
En effet, au cours des temps géologiques, le champ magnétique terrestre s’est inversé. Les anomalies magnétiques témoignent de ces inversions.
Les époques sont de longues périodes où le champ magnétique est globalement stable :
- actuellement époque normale (= orientation du champ
magnétique actuel) de Brunhes, depuis 0,69Ma, a succédé à…
- l’époque inverse de Matuyama (= orientation du champ inverse)
Ces époques sont jalonnées d’événement périodes d’inversion plus courtes, par exemple Jaramilo
Doc b page 186 : échelle paléo-magnétique
On interprète les variations du champ magnétique …
Le magnétomètre trainé par le bateau enregistre en fait la résultante de l’addition
- du champ magnétique actuel
+
- du champ enregistré par les basaltes
océaniques au cours de leur formation
(refroidissement)
Les anomalies + (bandes noires) correspondent à l’addition du champ actuel (normal) + enregistrement champ fossile (normal) à > au champ actuel Les anomalies - (bandes blanches) correspondent à l’addition du champ actuel (normal) + enregistrement champ fossile (inverse) à < au champ actuel
… et la « peau de zèbre « océanique
1. enregistrement réalisé : figure dite en
« peau de zèbre ».
Les bandes d’anomalies + (noires) et - (blanches) sont parallèles à l’axe de la dorsale (AxD) et distribuées de façon symétrique
2. mesure du champ selon l’axe ab : (en pointillés, le champ attendu, champ magnétique terrestre actuel).
3. échelle paléo-magnétique, en fonction du temps
4. Reconstitution du plancher océanique en 3D
Ø Exercice 2 page 200
Anomalies positives
Anomalies négatives
Les basaltes produits au niveau des dorsales enregistrent le champ magnétique au moment de leur refroidissement, ils sont ensuite entraînés de part et d’autre de la dorsale par les
mouvements de divergence.
Ces observations sont totalement superposables à la répartition des sédiments et leur datation
Elles confirment une organisation du plancher
océanique parallèle à la dorsale et symétrique par rapport à son axe Ces découvertes vont permettre une confirmation du modèle de Hess du tapis roulant océanique et la proposition d’un modèle plus complet de la mise en place des fonds océaniques.
Là encore, on peut dater et mesurer la divergence des plaques au niveau de la dorsale, principe :
Ø Exercice 3 page 201
3. La signature thermique des frontières de plaques (& page 192/193)
Nous avons déjà observé que le flux géothermique varie de façon importante à la surface de la terre.
Les maxima observés au niveau des dorsales traduisent une
remontée de matériel profond, chaud et peu dense dans l’axe des dorsales.
(Rappelez-vous : remontée de l’isotherme 1300°C, limite supérieure de l’asthénosphère)
Tous ces arguments confortent la théorie d’une mobilité horizontale de la lithosphère océanique dont moteur serait des mouvements de convection du manteau. Ainsi les océans s’étendent, s’élargissent, c’est le modèle de l’expansion océanique
Un premier modèle
4. La vérification par les données GPS (& pages 190/191 ; TP)
Les mesures obtenues par les stations GPS ont permis de mesurer le déplacement instantané des plaques et de vérifier les prédictions du modèle.
Le GPS (Global Positioning System) est un système de géodésie spatiale permettant le positionnement d’un grand nombre de sites mondiaux en trois dimensions (latitude, longitude, altitude) ainsi que la mesure du temps.
Ce système, opérationnel depuis 1994, assure une couverture complète du globe 24 h/24 avec vingt-quatre satellites.
a) Exemple : l’Islande
L’islande est située sur une frontière de plaques divergentes.
Elle est située sur une dorsale, est le siège d’un intense volcanique basaltique et de séismes superficiels.
Le modèle de la tectonique des plaques nous permet de prédire que les 2 plaques s’éloignent l’une de l’autre, donc que l’Islande est soumise à des forces d’extension
On étudie le déplacement de 2 stations (REYK et HOFN) située chacune sur une plaque.
Le vecteur somme correspond au déplacement global de la station (déplacement en latitude + déplacement en longitude)
On constate bien que les 2 plaques s’éloignent l’une de l’autre à une vitesse de ± 2 cm/an La géologie de l’Islande confirme ces observations :
- de nombreuses failles normales, parallèles bordent un fossé d’effondrement dans l’axe de l’île - un volcanisme basaltique (effusif) intense. La datation des coulées volcaniques indique des âges croissants depuis l’axe du fossé
- une séismicité active mais superficielle et de faible magnitude - un flux géothermique très élevé.
Islande Plaque eurasiatique Plaque
Amérique du nord
b) Une représentation du déplacement des plaques en temps réel :
La tectonique des plaques se révèle un modèle prédictif, ce qui est un critère déterminant pour une théorie scientifique. Il nous reste à comprendre quels sont les mécanismes de la création de la lithosphère
océanique au niveau des dorsales et ceux de sa disparition au niveau des zones de subduction.
