Tectonique des plaques

La tectonique des plaques (du latin tardif : tectonicus , du grec ancien : τεκτονικός , lit. « se rapportant à la construction ») ^[1] est la théorie scientifique généralement acceptée qui considère que la lithosphère terrestre comprend un certain nombre de grandes plaques tectoniques qui se déplacent lentement depuis environ 3,4 milliards d’années. ^[2] Le modèle s’appuie sur le concept de dérive des continents , une idée développée au cours des premières décennies du XXe siècle. La tectonique des plaques est devenue généralement acceptée par les géoscientifiquesaprès la validation de l’ épandage du fond marin entre le milieu et la fin des années 1960.

Carte simplifiée des principales plaques tectoniques de la Terre, qui ont été cartographiées dans la seconde moitié du XXe siècle (les flèches rouges indiquent la direction du mouvement aux limites des plaques) Schéma de la stratification interne de la Terre montrant la lithosphère au-dessus de l’asthénosphère (pas à l’échelle)

La lithosphère terrestre, qui est la coque externe rigide d’une planète (la croûte et le Manteau supérieur ), est divisée en sept ou huit plaques principales (selon la façon dont elles sont définies) et de nombreuses plaques mineures. À l’endroit où les plaques se rencontrent, leur mouvement relatif détermine le type de frontière : convergente , divergente ou transformée . Les tremblements de terre , l’activité volcanique , la construction de montagnes et la formation de tranchées océaniques se produisent le long de ces limites de plaques (ou failles ). Le mouvement relatif des plaques varie généralement de zéro à 10 cm par an. ^[3]

Les plaques tectoniques sont composées de la lithosphère océanique et de la lithosphère continentale plus épaisse, chacune surmontée de son propre type de croûte. Le long des frontières convergentes, le processus de subduction , ou une plaque se déplaçant sous une autre, entraîne le bord de la plaque inférieure vers le bas dans le manteau ; la zone de matière perdue est à peu près équilibrée par la formation d’une nouvelle croûte (océanique) le long de marges divergentes par l’étalement du fond marin. De cette manière, la surface totale du géoïde de la lithosphère reste constante. Cette prédiction de la tectonique des plaques est également appelée principe de la bande transporteuse. Les théories antérieures, depuis réfutées, proposaient un rétrécissement progressif (contraction) ou une expansion progressive du globe . ^[4]

Les plaques tectoniques sont capables de se déplacer car la lithosphère terrestre a une plus grande résistance mécanique que l’ asthénosphère sous-jacente . Les variations latérales de densité dans le manteau entraînent la convection ; c’est-à-dire le lent mouvement rampant du manteau solide de la Terre. On pense que le mouvement des plaques est entraîné par une combinaison du mouvement du fond marin loin des crêtes en expansion en raison des variations de topographie (la crête est un sommet topographique) et des changements de densité dans la croûte (la densité augmente à mesure que la croûte nouvellement formée se refroidit et se déplace loin de la crête). Dans les zones de subductionla croûte océanique relativement froide et dense est « tirée » ou s’enfonce dans le manteau au-dessus de la branche de convection vers le bas d’une Cellule du manteau . ^[5] L’importance relative de chacun de ces facteurs et leurs relations les uns avec les autres ne sont pas claires et font toujours l’objet de nombreux débats.

Les principes clés

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Les couches externes de la Terre sont divisées en lithosphère et asthénosphère . La division est basée sur des différences dans les Propriétés mécaniques et dans la méthode de transfert de chaleur . La lithosphère est plus froide et plus rigide, tandis que l’asthénosphère est plus chaude et s’écoule plus facilement. En termes de transfert de chaleur, la lithosphère perd de la chaleur par conduction , tandis que l’asthénosphère transfère également de la chaleur par convection et présente un gradient de température quasi Adiabatique . Cette division ne doit pas être confondue avec la division chimiquesubdivision de ces mêmes couches en manteau (comprenant à la fois l’asthénosphère et la partie manteau de la lithosphère) et la croûte : un morceau de manteau donné peut faire partie de la lithosphère ou de l’asthénosphère à des moments différents selon sa température et sa pression.

Le principe clé de la tectonique des plaques est que la lithosphère existe sous forme de plaques tectoniques séparées et distinctes , qui chevauchent l’asthénosphère fluide ( solide Visco-élastique ). Les mouvements des plaques vont de 10 à 40 mm/an ( dorsale médio-atlantique ; à peu près aussi vite que la croissance des ongles ) à environ 160 mm/an ( plaque de Nazca ; à peu près aussi vite que la croissance des cheveux ). ^[6] Le mécanisme d’entraînement derrière ce mouvement est décrit ci-dessous.

Les plaques lithosphères tectoniques sont constituées d’un manteau lithosphérique recouvert d’un ou deux types de matériau crustal : la croûte océanique (dans les textes anciens appelée sima à partir de silicium et de magnésium ) et la croûte continentale ( sial à partir de silicium et d’aluminium ). La lithosphère océanique moyenne a généralement une épaisseur de 100 km (62 mi); ^[7]son épaisseur est fonction de son âge : au fil du temps, il se refroidit de manière conductrice et un manteau de refroidissement sous-jacent est ajouté à sa base. Parce qu’il se forme au niveau des dorsales médio-océaniques et s’étend vers l’extérieur, son épaisseur est donc fonction de sa distance par rapport à la Dorsale médio-océanique où il s’est formé. Pour une distance typique que la lithosphère océanique doit parcourir avant d’être subductée, l’épaisseur varie d’environ 6 km (4 mi) d’épaisseur sur les dorsales médio-océaniques à plus de 100 km (62 mi) dans les zones de subduction ; pour des distances plus courtes ou plus longues, l’épaisseur de la Zone de subduction (et donc aussi la moyenne) devient respectivement plus petite ou plus grande. ^[8] La lithosphère continentale a généralement une épaisseur d’environ 200 km, bien que cela varie considérablement entre les bassins, les chaînes de montagnes et le craton stable.intérieurs des continents.

L’endroit où deux plaques se rencontrent s’appelle une limite de plaque . Les limites des plaques sont généralement associées à des événements géologiques tels que des tremblements de terre et la création de caractéristiques topographiques telles que des montagnes , des volcans , des dorsales médio-océaniques et des tranchées océaniques . La majorité des volcans actifs du monde se trouvent le long des limites des plaques, la ceinture de feu de la plaque du Pacifique étant la plus active et la plus connue aujourd’hui. Ces limites sont discutées plus en détail ci-dessous. Certains volcans se produisent à l’intérieur des plaques, et ceux-ci ont été diversement attribués à la déformation interne des plaques ^[9] et aux panaches du manteau.

Comme expliqué ci-dessus, les plaques tectoniques peuvent inclure la croûte continentale ou la croûte océanique, et la plupart des plaques contiennent les deux. Par exemple, la plaque africaine comprend le continent et des parties du fond des océans Atlantique et Indien . La distinction entre croûte océanique et croûte continentale repose sur leurs modes de formation. La croûte océanique se forme aux centres d’expansion des fonds marins et la croûte continentale se forme par volcanisme d’arc et accrétion de terranes par des processus tectoniques, bien que certains de ces terranes puissent contenir de l’ ophiolite .séquences, qui sont des morceaux de croûte océanique considérés comme faisant partie du continent lorsqu’ils sortent du cycle standard de formation et de propagation des centres et de subduction sous les continents. La croûte océanique est également plus dense que la croûte continentale en raison de leurs compositions différentes. La croûte océanique est plus dense car elle contient moins de silicium et plus d’éléments plus lourds (« mafiques ») que la croûte continentale (« felsique »). ^[10] En raison de cette stratification de densité, la croûte océanique se situe généralement en dessous du niveau de la mer (par exemple la majeure partie de la plaque du Pacifique ), tandis que la croûte continentale se projette de manière flottante au-dessus du niveau de la mer (voir la page isostasy pour l’explication de ce principe).

Types de limites de plaques

Trois types de frontières de plaques existent, ^[11] avec un quatrième type mixte, caractérisé par la façon dont les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres. Ils sont associés à différents types de phénomènes de surface. Les différents types de frontières de plaques sont : ^{[12] [13]}

Frontière divergente Frontière convergente Transformer la limite

1. Des limites divergentes ( limites constructives ou limites d’ extension ) se produisent lorsque deux plaques s’écartent l’une de l’autre. Dans les zones de rifting océan à océan, des limites divergentes se forment par l’étalement du fond marin, permettant la formation d’un nouveau bassin océanique . Au fur et à mesure que la plaque océanique se divise, la crête se forme au centre de la propagation, le bassin océanique s’étend et enfin, la surface de la plaque augmente, provoquant de nombreux petits volcans et/ou tremblements de terre peu profonds. Dans les zones de rift continent à continent, des limites divergentes peuvent entraîner la formation d’un nouveau bassin océanique à mesure que le continent se divise, s’étend, que le rift central s’effondre et que l’océan remplit le bassin. Zones actives des dorsales médio-océaniques (par exemple, la dorsale médio-atlantique et la dorsale est- pacifique), et le rifting continent à continent (comme le rift et la vallée de l’Afrique de l’Est en Afrique et la mer Rouge) sont des exemples de frontières divergentes.
2. Les frontières convergentes ( limites destructives ou marges actives ) se produisent lorsque deux plaques glissent l’une vers l’autre pour former soit une Zone de subduction (une plaque se déplaçant sous l’autre), soit une collision continentale . Dans les zones de subduction océan-continent (par exemple la chaîne de montagnes des Andes en Amérique du Sud et les montagnes Cascade dans l’ouest des États-Unis), la lithosphère océanique dense plonge sous le continent moins dense. Les tremblements de terre tracent le chemin de la plaque descendante lorsqu’elle descend dans l’asthénosphère, une tranchée se forme et lorsque la plaque subductée est chauffée, elle libère des substances volatiles, principalement de l’eau provenant de minéraux hydratés ., dans le manteau environnant. L’ajout d’eau abaisse le point de fusion du matériau du manteau au-dessus de la dalle de subduction, ce qui le fait fondre. Le magma qui en résulte conduit généralement au volcanisme. ^[14] Dans les zones de subduction d’océan à océan (par exemple les îles Aléoutiennes , les îles Mariannes et l’ arc insulaire japonais ), une croûte plus ancienne, plus froide et plus dense glisse sous une croûte moins dense. Ce mouvement provoque des tremblements de terre et une profonde tranchée se forme en forme d’arc. Le Manteau supérieur de la plaque subductée se réchauffe alors et le magma monte pour former des chaînes courbes d’îles volcaniques. Les tranchées marines profondes sont généralement associées à des zones de subduction, et les bassins qui se développent le long de la frontière active sont souvent appelés «bassins d’avant-pays». La fermeture des bassins océaniques peut se produire aux limites d’un continent à l’autre (par exemple, l’Himalaya et les Alpes) : collision entre des masses de lithosphère continentale granitique ; aucune masse n’est subductée ; les bords des plaques sont comprimés, pliés, relevés.
3. Les frontières de transformation ( limites conservatrices ou frontières décrochantes ) se produisent lorsque deux plaques lithosphériques glissent, ou peut-être plus précisément, se frottent l’une contre l’autre le long de failles de transformation , où les plaques ne sont ni créées ni détruites. Le mouvement relatif des deux plaques est soit senestre (côté gauche vers l’observateur) soit dextre (côté droit vers l’observateur). Les défauts de transformation se produisent à travers un centre d’étalement. De forts tremblements de terre peuvent se produire le long d’une faille. La faille de San Andreas en Californie est un exemple de limite de transformation présentant un mouvement dextre.
4. Les zones limites des plaques se produisent là où les effets des interactions ne sont pas clairs, et les limites, se produisant généralement le long d’une large ceinture, ne sont pas bien définies et peuvent montrer divers types de mouvements dans différents épisodes.

Forces motrices du mouvement des plaques

Mouvement de la plaque basé sur les données satellitaires du système de positionnement global (GPS) de la NASA JPL . Chaque point rouge est un point de mesure et les vecteurs indiquent la direction et l’amplitude du mouvement.

Il est généralement admis que les plaques tectoniques sont capables de se déplacer en raison de la densité relative de la lithosphère océanique et de la faiblesse relative de l’asthénosphère. La dissipation de la chaleur du manteau est reconnue comme la source d’origine de l’énergie nécessaire pour entraîner la tectonique des plaques par convection ou par remontée d’eau et bombage à grande échelle. Le point de vue actuel, bien qu’encore sujet à débat, affirme qu’en conséquence, une source puissante générant le mouvement des plaques est la densité excessive de la lithosphère océanique qui s’enfonce dans les zones de subduction. Lorsque la nouvelle croûte se forme sur les dorsales médio-océaniques, cette lithosphère océanique est initialement moins dense que l’asthénosphère sous-jacente, mais elle devient plus dense avec l’âge à mesure qu’elle se refroidit et s’épaissit par conduction. La plus grande densitéde l’ancienne lithosphère par rapport à l’asthénosphère sous-jacente lui permet de s’enfoncer dans le manteau profond au niveau des zones de subduction, fournissant l’essentiel de la force motrice pour le mouvement des plaques. La faiblesse de l’asthénosphère permet aux plaques tectoniques de se déplacer facilement vers une Zone de subduction. ^[15] Bien que la subduction soit considérée comme la force la plus puissante entraînant les mouvements des plaques, elle ne peut pas être la seule force car il existe des plaques telles que la plaque nord-américaine qui se déplacent, mais qui ne sont nulle part soumises à la subduction. Il en est de même pour l’énorme plaque eurasienne . Les sources du mouvement des plaques font l’objet de recherches intensives et de discussions entre scientifiques. L’un des points principaux est que le schéma cinématiquedu mouvement lui-même doit être clairement séparé de l’éventuel mécanisme géodynamique qui est invoqué comme force motrice du mouvement observé, car certains schémas peuvent être expliqués par plus d’un mécanisme. ^[16] En bref, les forces motrices préconisées à l’heure actuelle peuvent être divisées en trois catégories basées sur la relation au mouvement : liées à la dynamique du manteau, liées à la gravité (principale force motrice acceptée de nos jours) et liées à la rotation de la Terre.

Forces motrices liées à la dynamique du manteau

Pendant une grande partie du dernier quart de siècle, la principale théorie de la force motrice derrière les mouvements des plaques tectoniques envisageait des courants de convection à grande échelle dans le Manteau supérieur, qui peuvent être transmis à travers l’asthénosphère. Cette théorie a été lancée par Arthur Holmes et quelques précurseurs dans les années 1930 ^[17] et a été immédiatement reconnue comme la solution pour l’acceptation de la théorie telle qu’initialement discutée dans les articles d’ Alfred Wegener au début du siècle. Cependant, malgré son acceptation, elle a été longtemps débattue dans la communauté scientifique car la théorie dominante envisageait encore une Terre statique sans déplacement des continents jusqu’aux grandes percées du début des années soixante.

L’imagerie bidimensionnelle et tridimensionnelle de l’intérieur de la Terre ( tomographie sismique ) montre une distribution de densité latérale variable dans tout le manteau. Ces variations de densité peuvent être matérielles (issues de la chimie des roches), minérales (issues de variations dans les structures minérales) ou thermiques (par dilatation et contraction thermiques dues à l’énergie thermique). La manifestation de cette densité latérale variable est la convection du manteau due aux forces de flottabilité. ^[18]

La relation directe et indirecte entre la convection du manteau et le mouvement des plaques fait l’objet d’études et de discussions en cours en géodynamique. D’une manière ou d’une autre, cette énergie doit être transférée à la lithosphère pour que les plaques tectoniques se déplacent. On pense qu’il existe essentiellement deux principaux types de forces qui influencent le mouvement des plaques : la friction et la gravité .

• Traînée basale (friction) : mouvement de la plaque entraîné par la friction entre les courants de convection dans l’asthénosphère et la lithosphère sus-jacente plus rigide.
• Aspiration de la dalle (gravité) : mouvement des plaques entraîné par des courants de convection locaux qui exercent une traction vers le bas sur les plaques dans les zones de subduction des fosses océaniques. L’aspiration de la dalle peut se produire dans un cadre géodynamique où les tractions basales continuent d’agir sur la plaque lorsqu’elle plonge dans le manteau (bien que peut-être dans une plus grande mesure agissant à la fois sur la face inférieure et supérieure de la dalle).

Dernièrement, la théorie de la convection a été très débattue, car les techniques modernes basées sur la tomographie sismique 3D ne parviennent toujours pas à reconnaître ces cellules de convection à grande échelle prédites. ^{[ citation nécessaire ]} Des vues alternatives ont été proposées.

Tectonique du panache

Dans la théorie de la tectonique des panaches suivie par de nombreux chercheurs au cours des années 1990, un concept modifié de courants de convection du manteau est utilisé. Il affirme que les super panaches s’élèvent du manteau plus profond et sont les moteurs ou les substituts des principales cellules de convection. Ces idées trouvent leurs racines au début des années 1930 dans les travaux de Beloussov et van Bemmelen , qui s’opposent initialement à la tectonique des plaques et placent le mécanisme dans un cadre fixiste de mouvements verticalistes. Van Bemmelen a ensuite modulé le concept dans ses “modèles d’ondulation” et l’a utilisé comme force motrice pour les mouvements horizontaux, invoquant des forces gravitationnelles loin du dôme crustal régional. ^{[19] [20]}Les théories trouvent une résonance dans les théories modernes qui envisagent des points chauds ou des panaches du manteau qui restent fixes et sont remplacés par des plaques de lithosphère océanique et continentale au fil du temps et laissent leurs traces dans les archives géologiques (bien que ces phénomènes ne soient pas invoqués comme de véritables mécanismes moteurs, mais plutôt comme modulateurs).

Le mécanisme est toujours préconisé pour expliquer l’éclatement des supercontinents au cours d’époques géologiques spécifiques. ^[21] Il a des adeptes ^{[22] [23]} parmi les scientifiques impliqués dans la théorie de l’expansion de la Terre. ^[24]

Tectonique des surtensions

Une autre théorie est que le manteau ne coule ni dans des cellules ni dans de grands panaches, mais plutôt comme une série de canaux juste en dessous de la croûte terrestre, qui fournissent alors une friction basale à la lithosphère. Cette théorie, appelée « tectonique des surtensions », a été popularisée au cours des années 1980 et 1990. ^[25] Des recherches récentes, basées sur la modélisation informatique tridimensionnelle, suggèrent que la géométrie des plaques est régie par une rétroaction entre les modèles de convection du manteau et la force de la lithosphère. ^[26]

Forces motrices liées à la gravité

Les forces liées à la gravité sont invoquées en tant que phénomènes secondaires dans le cadre d’un mécanisme moteur plus général tel que les diverses formes de dynamique du manteau décrites ci-dessus. Dans les vues modernes, la gravité est invoquée comme la principale force motrice, par le biais de la traction des dalles le long des zones de subduction.

Glissement gravitationnel à partir d’une dorsale qui s’étend : selon de nombreux auteurs, le mouvement des plaques ^{[ clarification nécessaire ]} est entraîné par l’élévation plus élevée des plaques sur les dorsales océaniques. ^{[27] [28]} Au fur et à mesure que la lithosphère océanique se forme au niveau des crêtes étalées à partir du matériau chaud du manteau, elle se refroidit et s’épaissit progressivement avec l’âge (et ajoute ainsi de la distance à la crête). La lithosphère océanique froide est nettement plus dense que le matériau du manteau chaud dont elle est dérivée et donc, avec l’augmentation de l’épaisseur, elle s’enfonce progressivement dans le manteau pour compenser la charge plus importante. Le résultat est une légère pente latérale avec une distance accrue par rapport à l’axe de la crête.

Cette force est considérée comme une force secondaire et est souvent appelée ” poussée de crête “. Il s’agit d’une appellation impropre car rien ne « pousse » horizontalement et les caractéristiques de tension sont dominantes le long des crêtes. Il est plus exact de se référer à ce mécanisme en tant que glissement gravitationnel car la topographie variable sur la totalité de la plaque peut varier considérablement et la topographie des crêtes d’étalement n’est que la caractéristique la plus importante. D’autres mécanismes générant cette force secondaire gravitationnelle comprennent le renflement en flexion de la lithosphère avant qu’elle ne plonge sous une plaque adjacente qui produit une caractéristique topographique claire qui peut compenser, ou au moins affecter, l’influence des dorsales océaniques topographiques et des panaches du manteau .et les points chauds, qui sont supposés empiéter sur la face inférieure des plaques tectoniques.

Slab-pull : L’opinion scientifique actuelle est que l’asthénosphère est insuffisamment compétente ou rigide pour provoquer directement un mouvement par frottement le long de la base de la lithosphère. La traction de la dalle est donc généralement considérée comme la plus grande force agissant sur les plaques. Dans cette compréhension actuelle, le mouvement des plaques est principalement entraîné par le poids des plaques froides et denses qui s’enfoncent dans le manteau au niveau des tranchées. ^[29] Des modèles récents indiquent que l’ aspiration des tranchées joue également un rôle important. Cependant, le fait que la plaque nord-américaine ne soit subductée nulle part, bien qu’elle soit en mouvement, pose un problème. Il en va de même pour les plaques africaine, eurasienne et antarctique .

Glissement gravitationnel loin du dôme du manteau : Selon des théories plus anciennes, l’un des mécanismes d’entraînement des plaques est l’existence de dômes d’asthénosphère/manteau à grande échelle qui provoquent le glissement gravitationnel des plaques de lithosphère loin d’eux (voir le paragraphe sur les mécanismes du manteau). Ce glissement gravitationnel représente un phénomène secondaire de ce mécanisme essentiellement orienté verticalement. Il trouve ses racines dans le modèle d’Undation de van Bemmelen . Cela peut agir à différentes échelles, de la petite échelle d’un arc insulaire à la plus grande échelle d’un bassin océanique entier. ^{[27] [28] [21]}

Forces motrices liées à la rotation de la Terre

Alfred Wegener , étant un météorologue , avait proposé les forces de marée et les forces centrifuges comme les principaux mécanismes moteurs derrière la dérive des continents ; cependant, ces forces étaient considérées comme bien trop faibles pour provoquer un mouvement continental car le concept était de continents labourant la croûte océanique. ^[30] Par conséquent, Wegener a changé plus tard sa position et a affirmé que les courants de convection sont la principale force motrice de la tectonique des plaques dans la dernière édition de son livre en 1929.

Cependant, dans le contexte de la tectonique des plaques (acceptée depuis les propositions d’ étalement des fonds marins de Heezen, Hess, Dietz, Morley, Vine et Matthews (voir ci-dessous) au début des années 1960), la croûte océanique est suggérée comme étant en mouvement avec les continents qui amené à reconsidérer les propositions relatives à la rotation de la Terre. Dans la littérature plus récente, ces forces motrices sont :

1. Traînée de marée due à la force gravitationnelle que la Lune (et le Soleil ) exerce sur la croûte terrestre ^[31]
2. Déformation globale du géoïde due aux petits déplacements du pôle de rotation par rapport à la croûte terrestre
3. Autres effets de déformation plus petits de la croûte dus aux oscillations et aux mouvements de rotation de la rotation de la Terre sur une échelle de temps plus petite

Les forces qui sont petites et généralement négligeables sont :

1. La force de Coriolis ^{[32] [33]}
2. La force centrifuge , qui est traitée comme une légère modification de la pesanteur ^{[32] [33] : 249}

Pour que ces mécanismes soient globalement valides, des relations systématiques doivent exister sur tout le globe entre l’orientation et la Cinématique de la déformation et la grille géographique latitudinale et longitudinale de la Terre elle-même. Ces études de relations systématiques dans la seconde moitié du XIXe siècle et la première moitié du XXe siècle soulignent exactement le contraire : que les plaques n’avaient pas bougé dans le temps, que la grille de déformation était fixe par rapport à l’ équateur terrestreet l’axe, et que les forces motrices gravitationnelles agissaient généralement verticalement et ne provoquaient que des mouvements horizontaux locaux (les soi-disant pré-plaques tectoniques, “théories fixistes”). Des études ultérieures (discutées ci-dessous sur cette page) ont donc invoqué bon nombre des relations reconnues au cours de cette période pré-tectonique des plaques pour étayer leurs théories (voir les anticipations et les critiques dans les travaux de van Dijk et collaborateurs). ^[34]

Parmi les nombreuses forces discutées dans ce paragraphe, la force des marées est encore fortement débattue et défendue comme une force motrice principale possible de la tectonique des plaques. Les autres forces ne sont utilisées que dans les modèles géodynamiques globaux n’utilisant pas les concepts de tectonique des plaques (donc au-delà des discussions traitées dans cette section) ou proposées comme des modulations mineures dans le modèle global de tectonique des plaques.

En 1973, George W. Moore ^[35] de l’ USGS et RC Bostrom ^[36] ont présenté des preuves d’une dérive générale vers l’ouest de la lithosphère terrestre par rapport au manteau. Il a conclu que les forces de marée (le décalage de marée ou «friction») causées par la rotation de la Terre et les forces agissant sur elle par la Lune sont une force motrice pour la tectonique des plaques. Alors que la Terre tourne vers l’est sous la Lune, la gravité de la Lune tire très légèrement la couche de surface de la Terre vers l’ouest, comme le propose Alfred Wegener (voir ci-dessus). Dans une étude plus récente de 2006, ^[37] des scientifiques ont examiné et défendu ces idées proposées antérieurement. Il a également été suggéré récemment dans Lovett (2006) que cette observation pourrait également expliquer pourquoi Vénuset Mars n’a pas de tectonique des plaques, car Vénus n’a pas de lune et les lunes de Mars sont trop petites pour avoir des effets de marée significatifs sur la planète. Dans un article récent ^[38]il a été suggéré que, d’un autre côté, on peut facilement observer que de nombreuses plaques se déplacent vers le nord et vers l’est, et que le mouvement dominant vers l’ouest des bassins de l’océan Pacifique découle simplement du biais vers l’est du centre d’expansion du Pacifique (qui n’est pas une manifestation prédite de telles forces lunaires). Dans le même article, les auteurs admettent cependant que, par rapport au manteau inférieur, il y a une légère composante vers l’ouest dans les mouvements de toutes les plaques. Ils ont cependant démontré que la dérive vers l’ouest, observée uniquement au cours des 30 derniers Ma, est attribuée à la domination accrue de la plaque Pacifique en croissance et en accélération constantes. Le débat est toujours ouvert.

Importance relative de chaque mécanisme de force motrice

Le vecteur du mouvement d’une plaque est une fonction de toutes les forces agissant sur la plaque ; cependant, c’est là que réside le problème concernant la mesure dans laquelle chaque processus contribue au mouvement global de chaque plaque tectonique.

La diversité des paramètres géodynamiques et les propriétés de chaque plaque résultent de l’impact des différents processus pilotant activement chaque plaque individuelle. Une méthode pour traiter ce problème consiste à considérer la vitesse relative à laquelle chaque plaque se déplace ainsi que les preuves liées à l’importance de chaque processus pour la force motrice globale sur la plaque.

L’une des corrélations les plus significatives découvertes à ce jour est que les plaques lithosphériques attachées aux plaques descendantes (subduction) se déplacent beaucoup plus rapidement que les plaques non attachées aux plaques de subduction. La plaque Pacifique, par exemple, est essentiellement entourée de zones de subduction (ce que l’on appelle l’anneau de feu) et se déplace beaucoup plus rapidement que les plaques du bassin atlantique, qui sont attachées (on pourrait peut-être dire « soudées ») aux continents adjacents. au lieu de plaques de subduction. On pense donc que les forces associées à la plaque descendante (traction de la dalle et aspiration de la dalle) sont les forces motrices qui déterminent le mouvement des plaques, à l’exception des plaques qui ne sont pas subductées. ^[29]Ce point de vue a cependant été contredit par une étude récente qui a révélé que les mouvements réels de la plaque du Pacifique et d’autres plaques associées à la montée du Pacifique Est ne sont pas principalement corrélés à la traction ou à la poussée de la dalle, mais plutôt à une remontée de convection du manteau dont l’horizontale la diffusion le long des bases des différentes plaques les entraîne via des forces de traction liées à la viscosité. ^[39] Les forces motrices du mouvement des plaques continuent d’être des sujets actifs de recherche en cours au sein de la géophysique et de la tectonophysique .

Histoire de la théorie

Le polymathe italien Léonard de Vinci a été le premier à théoriser que les montagnes s’élèvent progressivement des océans, expliquant pourquoi elles contiennent des fossiles de la vie marine . ^[40]

Résumé

Carte détaillée montrant les plaques tectoniques avec leurs vecteurs de mouvement.

Vers le début du XXe siècle, divers théoriciens ont tenté sans succès d’expliquer les nombreuses continuités géographiques, géologiques et biologiques entre les continents. En 1912, le météorologue Alfred Wegener a décrit ce qu’il a appelé la dérive des continents, une idée qui a culminé cinquante ans plus tard dans la théorie moderne de la tectonique des plaques. ^[41]

Wegener a développé sa théorie dans son livre de 1915 L’origine des continents et des océans . ^[42] Partant de l’idée (également exprimée par ses précurseurs) que les continents actuels formaient autrefois une seule masse terrestre (plus tard appelée Pangée ), Wegener a suggéré que ceux-ci se séparaient et s’éloignaient, les comparant à des “icebergs” de faible densité Sial flottant sur une mer de Sima plus dense . ^{[43] [44]} Les preuves à l’appui de l’idée sont venues des contours en queue d’aronde de la côte est de l’Amérique du Sud et de la côte ouest de l’Afrique Antonio Snider-Pellegriniavait dessiné sur ses cartes, et de l’appariement des formations rocheuses le long de ces bords. La confirmation de leur nature contiguë précédente est également venue des plantes fossiles Glossopteris et Gangamopteris , et du reptile thérapside ou ressemblant à un mammifère Lystrosaurus , tous largement répandus en Amérique du Sud, en Afrique, en Antarctique, en Inde et en Australie. La preuve d’une telle jonction ancienne de ces continents était évidente pour les géologues de terrain travaillant dans l’hémisphère sud. Le sud-africain Alex du Toit a rassemblé une masse d’informations de ce type dans sa publication de 1937, Our Wandering Continents , et est allé plus loin que Wegener en reconnaissant les liens étroits entre lesFragments de Gondwana .

Le travail de Wegener n’a pas été largement accepté au départ, en partie à cause d’un manque de preuves détaillées. La Terre pourrait avoir une croûte et un manteau solides et un noyau liquide, mais il semblait impossible que des parties de la croûte puissent se déplacer. Des scientifiques distingués, tels que Harold Jeffreys et Charles Schuchert , étaient des critiques virulents de la dérive des continents.

Malgré de nombreuses oppositions, la vision de la dérive des continents a gagné du terrain et un débat animé s’est engagé entre les “drifters” ou “mobilists” (les partisans de la théorie) et les “fixists” (les opposants). Au cours des années 1920, 1930 et 1940, les premiers ont atteint des jalons importants proposant que les courants de convection aient pu entraîner les mouvements des plaques et que la propagation ait pu se produire sous la mer dans la croûte océanique. Des concepts proches des éléments désormais incorporés dans la tectonique des plaques ont été proposés par des géophysiciens et des géologues (à la fois fixistes et mobilistes) comme Vening-Meinesz, Holmes et Umbgrove. En 1941 , Otto Ampferer décrit dans sa publication “Réflexions sur le cinéma de la région de l’Atlantique”étalement et subduction du fond marin . ^{[46] [47]} L’un des premiers éléments de preuve géophysique qui a été utilisé pour soutenir le mouvement des plaques lithosphériques est venu du paléomagnétisme . Ceci est basé sur le fait que les roches d’âges différents présentent une direction de champ magnétique variable , mise en évidence par des études depuis le milieu du XIXe siècle. Les pôles magnétiques nord et sud s’inversent dans le temps et, ce qui est particulièrement important dans les études paléotectoniques, la position relative du pôle nord magnétique varie dans le temps. Initialement, au cours de la première moitié du XXe siècle, ce dernier phénomène a été expliqué en introduisant ce que l’on a appelé « errance polaire » (voir errance polaire apparente) (c’est-à-dire qu’on a supposé que l’emplacement du pôle nord s’était déplacé dans le temps). Une explication alternative, cependant, était que les continents s’étaient déplacés (décalés et tournés) par rapport au pôle nord, et chaque continent, en fait, montre son propre “chemin d’errance polaire”. À la fin des années 1950, il a été démontré avec succès à deux reprises que ces données pouvaient montrer la validité de la dérive des continents : par Keith Runcorn dans un article en 1956, ^[48] et par Warren Carey dans un symposium tenu en mars 1956. ^[49]

Le deuxième élément de preuve à l’appui de la dérive des continents est venu à la fin des années 1950 et au début des années 60 à partir de données sur la bathymétrie des fonds océaniques profonds et la nature de la croûte océanique telles que les propriétés magnétiques et, plus généralement, avec le développement de la géologie marine . ^[50] qui a mis en évidence l’association de l’étalement des fonds marins le long des dorsales médio-océaniques et des inversions de champ magnétique , publié entre 1959 et 1963 par Heezen, Dietz, Hess, Mason, Vine & Matthews et Morley. ^[51]

Les progrès simultanés des premières techniques d’imagerie sismique dans et autour des zones de Wadati-Benioff le long des tranchées délimitant de nombreuses marges continentales, ainsi que de nombreuses autres observations géophysiques (par exemple gravimétriques) et géologiques, ont montré comment la croûte océanique pouvait disparaître dans le manteau, fournissant le mécanisme de équilibrer l’extension des bassins océaniques avec le raccourcissement de ses marges.

Toutes ces preuves, à la fois du fond de l’océan et des marges continentales, ont clairement montré vers 1965 que la dérive des continents était possible. La théorie de la tectonique des plaques a été définie dans une série d’articles entre 1965 et 1967. La théorie a révolutionné les sciences de la Terre, expliquant un large éventail de phénomènes géologiques et leurs implications dans d’autres études telles que la paléogéographie et la paléobiologie .

La dérive des continents

À la fin du 19e et au début du 20e siècle, les géologues ont supposé que les principales caractéristiques de la Terre étaient fixes et que la plupart des caractéristiques géologiques telles que le développement des bassins et les chaînes de montagnes pouvaient s’expliquer par le mouvement vertical de la croûte, décrit dans ce qu’on appelle la théorie géosynclinale . Généralement, cela a été placé dans le contexte d’une planète Terre qui se contracte en raison de la perte de chaleur au cours d’un temps géologique relativement court.

Alfred Wegener au Groenland durant l’hiver 1912–13.

On a observé dès 1596 que les côtes opposées de l’océan Atlantique – ou, plus précisément, les bords des plateaux continentaux – ont des formes similaires et semblent s’être emboîtées autrefois. ^[52]

Depuis, de nombreuses théories ont été proposées pour expliquer cette apparente complémentarité, mais l’hypothèse d’une Terre solide rendait ces diverses propositions difficilement acceptables. ^[53]

La découverte de la radioactivité et de ses propriétés chauffantes associées en 1895 a incité à réexaminer l’âge apparent de la Terre . ^[54] Cela avait été précédemment estimé par son taux de refroidissement sous l’hypothèse que la surface de la Terre rayonnait comme un corps noir . ^[55] Ces calculs avaient impliqué que, même si elle avait commencé à la chaleur rouge , la Terre serait tombée à sa température actuelle en quelques dizaines de millions d’années. Armés de la connaissance d’une nouvelle source de chaleur, les scientifiques ont réalisé que la Terre serait beaucoup plus ancienne et que son noyau était encore suffisamment chaud pour être liquide.

En 1915, après avoir publié un premier article en 1912, ^[56] Alfred Wegener avançait de sérieux arguments en faveur de l’idée de la dérive des continents dans la première édition de L’Origine des continents et des océans . ^[42] Dans ce livre (réédité en quatre éditions successives jusqu’à la dernière en 1936), il a noté à quel point la côte est de l’Amérique du Sud et la côte ouest de l’ Afrique semblaient autrefois attachées. Wegener n’a pas été le premier à le constater ( Abraham Ortelius , Antonio Snider-Pellegrini , Eduard Suess , Roberto Mantovani et Frank Bursley Taylor).l’a précédé pour n’en citer que quelques-uns), mais il a été le premier à rassembler d’importantes preuves fossiles , paléo-topographiques et climatologiques pour étayer cette simple observation (et a été soutenu en cela par des chercheurs comme Alex du Toit ). De plus, lorsque les strates rocheuses des marges de continents séparés sont très similaires, cela suggère que ces roches se sont formées de la même manière, ce qui implique qu’elles se sont jointes initialement. Par exemple, certaines parties de l’Écosse et de l’ Irlande contiennent des roches très similaires à celles trouvées à Terre- Neuve et au Nouveau-Brunswick . En outre, les montagnes calédoniennes d’Europe et certaines parties duLes Appalaches d’Amérique du Nord sont très similaires dans leur structure et leur lithologie .

Cependant, ses idées n’ont pas été prises au sérieux par de nombreux géologues, qui ont souligné qu’il n’y avait aucun mécanisme apparent de dérive des continents. Plus précisément, ils n’ont pas vu comment la roche continentale pouvait traverser la roche beaucoup plus dense qui constitue la croûte océanique. Wegener n’a pas pu expliquer la force qui a conduit à la dérive des continents, et sa justification n’est venue qu’après sa mort en 1930. ^[57]

Continents flottants, paléomagnétisme et zones de sismicité

Épicentres mondiaux des tremblements de terre , 1963–1998. La plupart des tremblements de terre se produisent dans des ceintures étroites qui correspondent aux emplacements des limites des plaques lithosphériques. Carte des tremblements de terre en 2016

Comme il a été observé très tôt que bien que le granit existait sur les continents, le fond marin semblait être composé de basalte plus dense , le concept dominant au cours de la première moitié du XXe siècle était qu’il existait deux types de croûte, nommés “sial” (croûte de type continental) et « sima » (croûte de type océanique). De plus, on supposait qu’une coquille statique de strates était présente sous les continents. Il semblait donc évident qu’une couche de basalte (sial) sous-tendait les roches continentales.

Cependant, sur la base d’anomalies dans la déviation du fil à plomb par les Andes au Pérou, Pierre Bouguer avait déduit que les montagnes moins denses devaient avoir une projection vers le bas dans la couche plus dense en dessous. Le concept selon lequel les montagnes avaient des “racines” a été confirmé par George B. Airy cent ans plus tard, lors de l’étude de la gravitation himalayenne , et des études sismiques ont détecté des variations de densité correspondantes. Par conséquent, au milieu des années 1950, la question restait non résolue de savoir si les racines des montagnes étaient serrées dans le basalte environnant ou flottaient dessus comme un iceberg.

Au cours du XXe siècle, les améliorations et l’utilisation accrue d’instruments sismiques tels que les sismographes ont permis aux scientifiques d’apprendre que les tremblements de terre ont tendance à se concentrer dans des zones spécifiques, notamment le long des fosses océaniques et des crêtes de propagation. À la fin des années 1920, les sismologues commençaient à identifier plusieurs zones sismiques importantes parallèles aux tranchées qui étaient généralement inclinées de 40 à 60 ° par rapport à l’horizontale et s’étendaient sur plusieurs centaines de kilomètres dans la Terre. Ces zones sont devenues plus tard connues sous le nom de zones Wadati-Benioff, ou simplement zones Benioff, en l’honneur des sismologues qui les ont reconnus pour la première fois, Kiyoo Wadati du Japon et Hugo Benioff .des États-Unis. L’étude de la sismicité mondiale a beaucoup progressé dans les années 1960 avec la création du réseau mondial de sismographes normalisés (WWSSN) ^[58] pour surveiller le respect du traité de 1963 interdisant les essais d’armes nucléaires en surface. Les données bien améliorées des instruments du WWSSN ont permis aux sismologues de cartographier avec précision les zones de concentration des tremblements de terre dans le monde.

Parallèlement, des débats se sont développés autour du phénomène de dérive polaire. Depuis les premiers débats sur la dérive des continents, les scientifiques ont discuté et utilisé des preuves que la dérive polaire s’était produite parce que les continents semblaient avoir traversé différentes zones climatiques au cours du passé. De plus, les données paléomagnétiques avaient montré que le pôle magnétique s’était également déplacé au cours du temps. En raisonnant en sens inverse, les continents auraient pu se déplacer et tourner, tandis que le pôle restait relativement fixe. La première fois que la preuve de la dérive polaire magnétique a été utilisée pour soutenir les mouvements des continents, c’était dans un article de Keith Runcorn en 1956, ^[48] et des articles successifs de lui et de ses étudiants Ted Irving(qui fut en fait le premier à être convaincu du fait que le paléomagnétisme favorisait la dérive des continents) et Ken Creer.

Cela a été immédiatement suivi par un symposium en Tasmanie en mars 1956. ^[59] Dans ce symposium, les preuves ont été utilisées dans la théorie d’une expansion de la croûte mondiale . Dans cette hypothèse, le déplacement des continents s’explique simplement par une forte augmentation de la taille de la Terre depuis sa formation. Cependant, cela n’était pas satisfaisant car ses partisans ne pouvaient offrir aucun mécanisme convaincant pour produire une expansion significative de la Terre. Il n’y a certainement aucune preuve que la lune se soit agrandie au cours des 3 derniers milliards d’années ; d’autres travaux montreront bientôt que la preuve était également à l’appui de la dérive des continents sur un globe avec un rayon stable.

Au cours des années trente jusqu’à la fin des années cinquante, les travaux de Vening-Meinesz , Holmes, Umbgrove et de nombreux autres ont décrit des concepts proches ou presque identiques à la théorie moderne de la tectonique des plaques. En particulier, le géologue anglais Arthur Holmes a proposé en 1920 que les jonctions de plaques pourraient se trouver sous la mer , et en 1928 que les courants de convection dans le manteau pourraient être la force motrice. ^[60] Souvent, ces contributions sont oubliées car :

• A l’époque, la dérive des continents n’était pas acceptée.
• Certaines de ces idées ont été discutées dans le contexte des idées fixistes abandonnées d’un globe déformant sans dérive des continents ou d’une Terre en expansion.
• Ils ont été publiés lors d’un épisode d’extrême instabilité politique et économique qui a entravé la communication scientifique.
• Beaucoup ont été publiés par des scientifiques européens et au début non mentionnés ou peu crédités dans les articles sur l’expansion des fonds marins publiés par les chercheurs américains dans les années 1960.

Propagation et convection de la Dorsale médio-océanique

En 1947, une équipe de scientifiques dirigée par Maurice Ewing utilisant le navire de recherche Atlantis de la Woods Hole Oceanographic Institution et un ensemble d’instruments, a confirmé l’existence d’une élévation de l’océan Atlantique central et a découvert que le fond marin sous le couche de sédiments était constituée de basalte et non de granit qui est le principal constituant des continents. Ils ont également découvert que la croûte océanique était beaucoup plus fine que la croûte continentale. Toutes ces nouvelles découvertes ont soulevé des questions importantes et intrigantes. ^[61]

Les nouvelles données qui avaient été collectées sur les bassins océaniques montraient également des caractéristiques particulières concernant la bathymétrie. L’un des principaux résultats de ces ensembles de données a été que tout le long du globe, un système de dorsales médio-océaniques a été détecté. Une conclusion importante était que le long de ce système, de nouveaux fonds océaniques étaient en train de se créer, ce qui a conduit au concept de ” Great Global Rift “. Cela a été décrit dans l’article crucial de Bruce Heezen (1960) basé sur son travail avec Marie Tharp , ^[62] qui allait déclencher une véritable révolution dans la pensée. Une conséquence profonde de la propagation des fonds marins est que de nouvelles croûtes se sont continuellement créées le long des dorsales océaniques. Par conséquent, Heezen a préconisé la soi-disant ” expansion de la Terre” hypothèse de S. Warren Carey (voir ci-dessus). Par conséquent, la question restait de savoir comment une nouvelle croûte s’ajoutait continuellement le long des dorsales océaniques sans augmenter la taille de la Terre. En réalité, cette question avait déjà été résolue par de nombreux scientifiques au cours de la années 1940 et 1950, comme Arthur Holmes, Vening-Meinesz, Coates et bien d’autres : la croûte en excès a disparu le long de ce qu’on appelait les fosses océaniques, où se produisait la soi-disant “subduction”. Par conséquent, lorsque divers scientifiques au début des années 1960 ont commencé raisonner sur les données dont ils disposaient concernant les fonds marins, les éléments de la théorie se sont rapidement mis en place.

La question a particulièrement intrigué Harry Hammond Hess , un géologue de l’Université de Princeton et un contre-amiral de la Réserve navale, et Robert S. Dietz , un scientifique de l’ US Coast and Geodetic Survey qui a inventé le terme d’étalement des fonds marins . Dietz et Hess (le premier avait publié la même idée un an plus tôt dans Nature , ^[63] mais la priorité revient à Hess qui avait déjà diffusé en 1960 un manuscrit inédit de son article de 1962) ^[64]faisaient partie du petit nombre qui comprenait vraiment les vastes implications de l’expansion des fonds marins et comment cela finirait par s’accorder avec les idées, à l’époque, non conventionnelles et non acceptées de la dérive des continents et les modèles élégants et mobilistes proposés par d’anciens travailleurs comme Holmes.

La même année, Robert R. Coats du US Geological Survey a décrit les principales caractéristiques de la subduction de l’ arc insulaire dans les îles Aléoutiennes . Son article, bien que peu noté (et même ridiculisé) à l’époque, a depuis été qualifié de “séminal” et de “prémonitoire”. En réalité, cela montre en fait que les travaux des scientifiques européens sur les arcs insulaires et les ceintures montagneuses réalisés et publiés dans les années 1930 jusqu’aux années 1950 ont été appliqués et appréciés également aux États-Unis.

Si la croûte terrestre s’étendait le long des dorsales océaniques, raisonnaient Hess et Dietz comme Holmes et d’autres avant eux, elle devait rétrécir ailleurs. Hess a suivi Heezen, suggérant que la nouvelle croûte océanique se propage continuellement à partir des crêtes dans un mouvement semblable à un tapis roulant. Et, en utilisant les concepts mobilistes développés auparavant, il a correctement conclu que plusieurs millions d’années plus tard, la croûte océanique finit par descendre le long des marges continentales où des tranchées océaniques – des canyons très profonds et étroits – se forment, par exemple le long du bord du bassin de l’océan Pacifique .. L’étape importante franchie par Hess était que les courants de convection seraient la force motrice de ce processus, arrivant aux mêmes conclusions que Holmes des décennies auparavant, à la seule différence que l’amincissement de la croûte océanique a été effectué en utilisant le mécanisme de propagation de Heezen le long des crêtes. Hess a donc conclu que l’océan Atlantique s’étendait tandis que l’ océan Pacifiquerétrécissait. Comme l’ancienne croûte océanique est “consommée” dans les tranchées (comme Holmes et d’autres, il pensait que cela se faisait par épaississement de la lithosphère continentale, et non, comme on le comprend maintenant, par sous-poussée à plus grande échelle de la croûte océanique elle-même dans le manteau) , un nouveau magma monte et éclate le long des crêtes en expansion pour former une nouvelle croûte. En effet, les bassins océaniques sont perpétuellement « recyclés », la formation d’une nouvelle croûte et la destruction de l’ancienne lithosphère océanique se produisant simultanément. Ainsi, les nouveaux concepts mobilistes expliquaient parfaitement pourquoi la Terre ne grossit pas avec l’expansion du fond marin, pourquoi il y a si peu d’accumulation de sédiments sur le fond de l’océan et pourquoi les roches océaniques sont beaucoup plus jeunes que les roches continentales.

Bande magnétique

Bande magnétique du fond marin. Une démonstration de bandes magnétiques. (Plus la couleur est foncée, plus elle est proche de la polarité normale)

À partir des années 1950, des scientifiques comme Victor Vacquier , utilisant des instruments magnétiques ( magnétomètres ) adaptés à partir d’appareils aéroportés développés pendant la Seconde Guerre mondiale pour détecter les sous- marins , ont commencé à reconnaître d’étranges variations magnétiques à travers le fond de l’océan. Cette découverte, bien qu’inattendue, n’était pas tout à fait surprenante car on savait que le basalte – la roche volcanique riche en fer qui compose le fond de l’océan – contient un minéral fortement magnétique ( magnétite) et peut fausser localement les lectures de la boussole. Cette distorsion a été reconnue par les marins islandais dès la fin du 18ème siècle. Plus important encore, parce que la présence de magnétite confère au basalte des propriétés magnétiques mesurables, ces variations magnétiques nouvellement découvertes ont fourni un autre moyen d’étudier le fond océanique profond. Lorsque la roche nouvellement formée se refroidit, ces matériaux magnétiques ont enregistré le champ magnétique terrestre à l’époque.

Comme de plus en plus de fonds marins ont été cartographiés au cours des années 1950, les variations magnétiques se sont avérées ne pas être des occurrences aléatoires ou isolées, mais ont plutôt révélé des modèles reconnaissables. Lorsque ces motifs magnétiques ont été cartographiés sur une vaste région, le fond de l’océan a montré un motif semblable à un zèbre : une bande avec une polarité normale et la bande adjacente avec une polarité inversée. Le modèle global, défini par ces bandes alternées de roche polarisée normalement et inversement, est devenu connu sous le nom de bande magnétique et a été publié par Ron G. Mason et ses collègues en 1961, qui n’ont cependant pas trouvé d’explication à ces données dans termes d’étalement des fonds marins, comme Vine, Matthews et Morley quelques années plus tard. ^[65]

La découverte de la bande magnétique appelait une explication. Au début des années 1960, des scientifiques tels que Heezen, Hess et Dietz avaient commencé à théoriser que les dorsales médio-océaniques marquent des zones structurellement faibles où le fond de l’océan était déchiré en deux dans le sens de la longueur le long de la crête de la crête (voir le paragraphe précédent). Le nouveau magma du plus profond de la Terre monte facilement à travers ces zones faibles et finit par éclater le long de la crête des crêtes pour créer une nouvelle croûte océanique. Ce processus, d’abord appelé “l’hypothèse de la bande transporteuse” et plus tard appelé propagation du fond marin, opérant sur plusieurs millions d’années, continue de former de nouveaux fonds océaniques sur tout le système de dorsales médio-océaniques de 50 000 km de long.

Seulement quatre ans après la publication des cartes avec le “motif zébré” des bandes magnétiques, le lien entre l’étalement du fond marin et ces motifs a été correctement placé, indépendamment par Lawrence Morley , et par Fred Vine et Drummond Matthews , en 1963, ^[66] maintenant appelée l’ hypothèse Vine-Matthews-Morley . Cette hypothèse reliait ces schémas aux inversions géomagnétiques et était étayée par plusieurs sources de preuves : ^[67]

1. les rayures sont symétriques autour des crêtes des dorsales médio-océaniques ; à ou près de la crête de la crête, les roches sont très jeunes, et elles vieillissent progressivement en s’éloignant de la crête de la crête;
2. les roches les plus jeunes de la crête de la crête ont toujours la polarité actuelle (normale) ;
3. des bandes de roche parallèles à la crête de la crête alternent en polarité magnétique (normal-inverse-normal, etc.), suggérant qu’elles se sont formées à différentes époques documentant les épisodes normaux et d’inversion (déjà connus par des études indépendantes) du champ magnétique terrestre.

En expliquant à la fois la bande magnétique zébrée et la construction du système de Dorsale médio-océanique, l’hypothèse de propagation du fond marin (SFS) a rapidement gagné des convertis et a représenté une autre avancée majeure dans le développement de la théorie de la tectonique des plaques. De plus, la croûte océanique est désormais appréciée comme un “enregistrement sur bande” naturel de l’histoire des inversions de champ géomagnétique (GMFR) du champ magnétique terrestre. Aujourd’hui, des études approfondies sont consacrées à l’étalonnage des modèles d’inversion normale dans la croûte océanique d’une part et des échelles de temps connues dérivées de la datation des couches de basalte dans les séquences sédimentaires ( magnétostratigraphie ) d’autre part, pour arriver à des estimations des taux de propagation passés. et reconstitutions de plaques.

Définition et affinement de la théorie

Après toutes ces considérations, la Tectonique des Plaques (ou, comme on l’appelait initialement « Nouvelle Tectonique Globale ») est rapidement devenue acceptée dans le monde scientifique, et de nombreux articles ont suivi qui ont défini les concepts :

• En 1965, Tuzo Wilson qui avait été un promoteur de l’hypothèse d’étalement du fond marin et de la dérive des continents depuis le tout début ^[68] a ajouté le concept de failles transformantes au modèle, complétant les classes de types de failles nécessaires pour rendre la mobilité des plaques sur le globe s’entraîner. ^[69]
• Un symposium sur la dérive des continents s’est tenu à la Royal Society de Londres en 1965 qui doit être considéré comme le début officiel de l’acceptation de la tectonique des plaques par la communauté scientifique, et dont les résumés sont publiés sous le nom de Blackett, Bullard & Runcorn (1965) . Dans ce symposium, Edward Bullard et ses collègues ont montré avec un calcul informatique comment les continents des deux côtés de l’Atlantique seraient les mieux adaptés pour fermer l’océan, qui est devenu connu sous le nom de “Bullard’s Fit”.
• En 1966, Wilson a publié l’article qui faisait référence aux reconstructions tectoniques des plaques précédentes, introduisant le concept de ce qui est maintenant connu sous le nom de ” cycle de Wilson “. ^[70]
• En 1967, lors de la réunion de l’ American Geophysical Union , W. Jason Morgan a proposé que la surface de la Terre se compose de 12 plaques rigides qui se déplacent les unes par rapport aux autres. ^[71]
• Deux mois plus tard, Xavier Le Pichon publie un modèle complet basé sur six grandes plaques avec leurs mouvements relatifs, qui marque l’acceptation définitive par la communauté scientifique de la tectonique des plaques. ^[72]
• La même année, McKenzie et Parker ont présenté indépendamment un modèle similaire à celui de Morgan utilisant des translations et des rotations sur une sphère pour définir les mouvements de la plaque. ^[73]

Révolution de la tectonique des plaques

La révolution de la tectonique des plaques a été le changement scientifique et culturel qui s’est développé à partir de l’acceptation de la théorie de la tectonique des plaques. L’événement a été un changement de paradigme et une révolution scientifique. ^[74]

Implications pour la biogéographie

La théorie de la dérive des continents aide les biogéographes à expliquer la distribution biogéographique disjointe de la vie actuelle trouvée sur différents continents mais ayant des ancêtres similaires . ^[75] Il explique notamment la répartition gondwanienne des ratites et la flore antarctique .

Reconstruction de plaque

La reconstruction est utilisée pour établir les configurations de plaques passées (et futures), aidant à déterminer la forme et la composition des anciens supercontinents et fournissant une base pour la paléogéographie.

Définition des limites de plaque

Les limites actuelles des plaques sont définies par leur sismicité. ^[76] Les limites des plaques passées dans les plaques existantes sont identifiées à partir d’une variété de preuves, telles que la présence d’ ophiolites qui indiquent des océans disparus. ^[77]

Mouvements de plaque passés

On pense que le mouvement tectonique a commencé il y a environ 3 à 3,5 milliards d’années. ^{[78] [79] [ pourquoi ? ]}

Divers types d’informations quantitatives et semi-quantitatives sont disponibles pour contraindre les mouvements passés des plaques. L’ajustement géométrique entre les continents, comme entre l’Afrique de l’Ouest et l’Amérique du Sud, est toujours une partie importante de la reconstruction des plaques. Les modèles de bandes magnétiques fournissent un guide fiable des mouvements relatifs des plaques remontant à la période jurassique . ^[80] Les traces des hotspots donnent des reconstitutions absolues, mais celles-ci ne sont disponibles que jusqu’au Crétacé . ^[81]Les reconstructions plus anciennes reposent principalement sur les données des pôles paléomagnétiques, bien que celles-ci ne limitent que la latitude et la rotation, mais pas la longitude. La combinaison de pôles d’âges différents dans une plaque particulière pour produire des chemins de dérive polaires apparents fournit une méthode pour comparer les mouvements de différentes plaques dans le temps. ^[82] L’évidence supplémentaire vient de la distribution de certains types de roche sédimentaire , ^[83] les provinces fauniques montrées par les groupes fossiles particuliers et la position de ceintures orogenic . ^[81]

Formation et éclatement des continents

Le mouvement des plaques a provoqué la formation et l’éclatement des continents au fil du temps, y compris la formation occasionnelle d’un supercontinent qui contient la plupart ou la totalité des continents. Le supercontinent Columbia ou Nuna s’est formé il y a 2 000 à 1 800 millions d’années et s’est désintégré il y a environ 1 500 à 1 300 millions d’années . ^{[84] [85]} </ref> On pense que le supercontinent Rodinia s’est formé il y a environ 1 milliard d’années et qu’il a incarné la plupart ou la totalité des continents de la Terre, et s’est divisé en huit continents il y a environ 600 millions d’années. Les huit continents se sont ensuite réassemblés en un autre supercontinent appelé Pangée ; La Pangée s’est scindée en Laurasie (qui est devenue l’Amérique du Nord et l’Eurasie) et le Gondwana (qui sont devenus les continents restants).

L’ Himalaya , la chaîne de montagnes la plus haute du monde, aurait été formée par la collision de deux plaques majeures. Avant le soulèvement, ils étaient couverts par l’ océan Téthys .

Plaques actuelles

Selon la façon dont elles sont définies, il existe généralement sept ou huit plaques « majeures » : africaine , antarctique , eurasienne , nord-américaine , sud-américaine , pacifique et indo-australienne . Cette dernière est parfois subdivisée en plaques indiennes et australiennes .

Il existe des dizaines de plaques plus petites, dont les sept plus grandes sont l’ Arabie , les Caraïbes , Juan de Fuca , Cocos , Nazca , la mer des Philippines et la Scotia .

Le mouvement actuel des plaques tectoniques est aujourd’hui déterminé par des ensembles de données satellitaires de télédétection, calibrés avec des mesures de stations au sol.

Autres corps célestes (planètes, lunes)

L’apparition de la tectonique des plaques sur les planètes telluriques est liée à la masse planétaire, des planètes plus massives que la Terre devant présenter une tectonique des plaques. La Terre peut être un cas limite, en raison de son activité tectonique à l’eau abondante (la silice et l’eau forment un eutectique profond ). ^[86]

Vénus

Vénus ne montre aucune preuve de tectonique des plaques active. Il existe des preuves discutables d’une tectonique active dans le passé lointain de la planète ; cependant, les événements survenus depuis lors (comme l’hypothèse plausible et généralement acceptée selon laquelle la lithosphère vénusienne s’est considérablement épaissie au cours de plusieurs centaines de millions d’années) ont rendu difficile la contrainte du cours de ses archives géologiques. Cependant, les nombreux cratères d’impact bien conservés ont été utilisés comme méthode de datation pour dater approximativement la surface vénusienne (puisqu’il n’y a jusqu’à présent aucun échantillon connu de roche vénusienne à dater par des méthodes plus fiables). Les dates dérivées se situent principalement entre 500 et 750 millions d’années , bien que des âges allant jusqu’à 1 200 millions d’années ont été calculées. Cette recherche a conduit à l’hypothèse assez bien acceptée que Vénus a subi un resurfaçage volcanique essentiellement complet au moins une fois dans son passé lointain, le dernier événement ayant eu lieu approximativement dans la plage des âges de surface estimés. Alors que le mécanisme d’un événement thermique aussi impressionnant reste une question débattue dans les géosciences vénusiennes, certains scientifiques sont partisans de processus impliquant le mouvement des plaques dans une certaine mesure.

Une explication du manque de tectonique des plaques de Vénus est que sur Vénus les températures sont trop élevées pour qu’une quantité importante d’eau soit présente. ^{[87] [88]} La croûte terrestre est imbibée d’eau, et l’eau joue un rôle important dans le développement des zones de cisaillement . La tectonique des plaques nécessite des surfaces faibles dans la croûte le long desquelles les tranches de la croûte peuvent se déplacer, et il se pourrait bien qu’un tel affaiblissement n’ait jamais eu lieu sur Vénus en raison de l’absence d’eau. Cependant, certains chercheurs ^{[ qui ? ]} restent convaincus que la tectonique des plaques est ou a été active sur cette planète.

Mars

Mars est considérablement plus petite que la Terre et Vénus, et il existe des preuves de glace à sa surface et dans sa croûte.

Dans les années 1990, il a été proposé que la dichotomie de la croûte martienne ait été créée par des processus tectoniques des plaques. ^[89] Les scientifiques d’aujourd’hui ne sont pas d’accord et pensent qu’il a été créé soit par une remontée d’eau dans le manteau martien qui a épaissi la croûte des hautes terres du sud et formé Tharsis ^[90] ou par un impact géant qui a creusé les basses terres du nord . ^[91]

Valles Marineris peut être une frontière tectonique. ^[92]

Les observations faites du champ magnétique de Mars par le vaisseau spatial Mars Global Surveyor en 1999 ont montré des motifs de bandes magnétiques découverts sur cette planète. Certains scientifiques les ont interprétés comme nécessitant des processus tectoniques des plaques, tels que la propagation des fonds marins. ^[93] Cependant, leurs données échouent à un “test d’inversion magnétique”, qui est utilisé pour voir s’ils ont été formés en inversant les polarités d’un champ magnétique global. ^[94]

Satellites glacés

Certains des satellites de Jupiter ont des caractéristiques qui peuvent être liées à la déformation de style tectonique des plaques, bien que les matériaux et les mécanismes spécifiques puissent être différents de l’activité tectonique des plaques sur Terre. Le 8 septembre 2014, la NASA a rapporté avoir trouvé des preuves de la tectonique des plaques sur Europa , un satellite de Jupiter – le premier signe d’activité de subduction sur un autre monde que la Terre. ^[95]

Titan , la plus grande lune de Saturne , a montré une activité tectonique dans les images prises par la sonde Huygens , qui a atterri sur Titan le 14 janvier 2005. ^[96]

Exoplanètes

Sur les planètes de la taille de la Terre, la tectonique des plaques est plus probable s’il y a des océans d’eau. Cependant, en 2007, deux équipes indépendantes de chercheurs sont parvenues à des conclusions opposées sur la probabilité de tectonique des plaques sur de plus grandes super-Terres ^{[97] [98]} , une équipe affirmant que la tectonique des plaques serait épisodique ou stagnante ^[99] et l’autre équipe disant que la tectonique des plaques est très probable sur les super-terres même si la planète est sèche. ^[86]

La prise en compte de la tectonique des plaques fait partie de la recherche de l’intelligence extraterrestre et de la vie extraterrestre . ^[100]

Voir également

• Circulation atmosphérique – Processus qui distribue l’énergie thermique à la surface de la Terre
• Conservation du moment cinétique
• Histoire géologique de la Terre – La séquence des événements géologiques majeurs du passé de la Terre
• Géodynamique – Etude de la dynamique de la Terre
• Géosynclinal
• GPlates – Logiciel d’application open source pour les reconstructions interactives de la tectonique des plaques
• Aperçu de la tectonique des plaques – Liste hiérarchique des articles liés à la tectonique des plaques
• Liste des caractéristiques topographiques sous-marines – Reliefs océaniques et éléments topographiques.
• Cycle supercontinent – Agrégation et dispersion quasi-périodiques de la croûte continentale terrestre
• Tectonique – Processus qui contrôlent la structure et les propriétés de la croûte terrestre et son évolution dans le temps

Références

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Liens externes

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Wikimedia Commons a des médias liés à la tectonique des plaques .

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Vidéos

• Académie Khan Explication des preuves
• 750 millions d’années d’activité tectonique mondiale . Film.
• Multiples vidéos de mouvements de plaques tectoniques Quartz 31 décembre 2015