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Le retour de la lithosphère océanique dans le manteau

L'objectif de cette activité est de montrer que la lithosphère océanique s'enfonce dans le manteau. Nous utiliserons comme logiciel Google Earth pour saisir et exploiter des données cartographiques numériques pour mettre en évidence la répartition des foyers des séismes au voisinage des fosses océaniques.


Le Retour de la lithosphère océanique dans le manteau

Marie-José Broussaud

enseignante associée
Ifé-ENS-Lyon


                        Lyon
                        69007
                        France
                    

Publié par

Gérard Vidal

Directeur de la publication
IFÉ ENS de Lyon
Résumé

L'objectif de cette activité est de montrer que la lithosphère océanique s'enfonce dans le manteau. Nous utiliserons comme logiciel Google Earth pour saisir et exploiter des données cartographiques numériques pour mettre en évidence la répartition des foyers des séismes au voisinage des fosses océaniques. Nous pourrons ainsi définir la lithosphère par rapport à l'asthénosphère et confirmer que la lithosphère océanique retourne bien dans le manteau.


Table des matières

Chapitre 1. Disparition de la lithosphère océanique dans le manteau

Table des matières

Introduction

Vidéo de présentation prise à l'IFE

Figure 1.1. Vidéo de présentation prise à l'Ifé/ENS de Lyon

Un peu d'histoire

La structure de la terre (croute, manteau, noyau) est connue depuis le tout début du 20 ème siècle. Quelques dates importantes pour cette activité :

  • 1914 Barrel développe le concept de lithosphère rigide et d'asthénosphère ductile.
  • 1935 Wadati publie un article montrant que les foyers des séismes au Japon étaient répartis selon un plan incliné ou plan de Wadati.
  • A partir de 1950, étude de la topographie des fonds océaniques
  • 1955 Bénioff poursuit les recherches de Wadati et le plan de répartition des séismes sous les fosses est aujourd'hui connu sous le nom de zone de Wadati Bénioff.
  • 1957, Jack Oliver et Bryan Isack interprètent ces plans comme la trace de la lithosphère océanique retournant dand le manteau. Ces lieux de disparitions de la lithosphère océanique seront appellées plus tard "zones de subduction".
  • 1990, la tomographie sismique permet de repérer au sein du manteau des anomalies thermiques

Tache complexe

Cette activité permet de réaliser une tache complexe

Un constat

Océan Pacifique
Figure 1.2. Océan Pacifique

Il existe dans le monde des régions où l’activité géologique est particulièrement spectaculaire et malheureusement cause souvent des catastrophes naturelles dramatiques : Eruptions volcaniques explosives, séismes très violents et tsunamis, en particulier sur le pourtour de l’Océan Pacifique.


Cependant l’étude scientifique des séismes de ces régions au cours du 20ème siècle a été une clef pour comprendre l’activité géologique en profondeur.

Un problème

Comment des données sismologiques permettent-elles de confirmer que la lithosphère océanique retourne dans le manteau ?

Les consignes :

Utiliser les données disponibles sur Google Earth pour montrer que la lithosphère océanique retourne dans le manteau :

Réaliser un profil topographiques soit au niveau de la fosse du Japon, soit au niveau de la fosse du Chili-Pérou, soit de la fosse du Tonga. Placer sous votre profil le foyer des séismes en fonction de la profondeur puis la lithosphère.Légender précisément votre schéma : Fosse, volcans, plaques, asthénosphère…

Lister les arguments qui ont permis de définir la lithosphère par rapport à l’asthénosphère et de confirmer que la lithosphère océanique retourne dans le manteau.

Répartition des foyers sismiques au voisinage des fosses océaniques

Ouvrir le fichier : lithosphère oceanique.kmz

Afficher : la carte topographique et bathymétrique, les séismes historiques, les volcans

Observer : la présence de fosses océaniques profondes sur le pourtour de l'océan Pacifique, la répartition des séismes, la répartition des volcans.

Repérer les trois zones d'études

Tracer un profil topographique :

Pour tracer un profil topographique, décocher la carte topographique et tracer une droite perpendiculaire à la fosse en cliquant de gauche à droite avec le bouton gauche de la souris (Outils/règle/km). "Enregistrer", changer le nom et choisir Altitude au niveau du fond marin.

ou utiliser la droite AB déjà tracée. Avec le bouton droit de la souris, cliquer sur la droite et demander d'"Afficher le profil d'élévation". Zoomer et dézoomer afin d'obtenir un relief plus détaillé.

Profil topographique en travers la fosse du Tonga
Figure 1.3. Profil topographique en travers la fosse du Tonga

Profil réalisé avec GoogleEarth


Figure 1.4. Réaliser un profil topographique avec Google Earth


Faire une copie d'écran avec le profil topographique, les séismes et les isobathes et l'insérer dans un document ou le coller sur une feuille de papier millimétré.

Profil topographique sous le Japon : Profil topo Japon.

Profil topographique sous le Chili : Profil topo Chili

Profil topographique sous le Tonga : Profil topo Tonga

  • Placer les séismes en fonction de la profondeur des foyers sous le profil.
  • Utiliser les isobathes de la plaque plongeante pour placer la lithosphère océanique
  • Légender votre schéma

La tomographie sismique est une méthode qui peut être assimilée à un scanner pour la Terre : On évalue les anomalies de vitesses des ondes sismiques, aux différentes profondeurs de la Terre puis on compare par rapport à un modèle de symétrie sphérique. - Les zones plus lentes sont interprétées comme des zones plus chaudes et moins denses. - Les zones plus rapides sont interprétées commes des zones plus froides et plus denses.

Afficher une coupe tomographique. En double cliquant sur le nom "Tomographie sismique" vous serez ainsi bien positionné.

Quelles informations peut-on extraire de la coupe tomographique?

En utilisant l'ensemble des données montrer que la lithosphère océanique retourne dans le manteau .