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La lithosphère

On donne le nom de lithosphère à l'enveloppe superficielle et rigide de la Terre; elle comprend sur notre planète la croûte et la partie supérieure du manteau et est fractionnée, , en plusieurs grandes plaques mobiles, les plaques tectoniques. 

Par analogie, on désigne aussi sous le nom de lithosphère la partie dure et superficielle d'autres planètes, lorsque l'intérieur de celles-ci est différencié (c'est-à-dire lorsqu'il présente une structuration verticale).

La croûte terrestre est un endroit dynamique. Les éruptions volcaniques, l'érosion et les mouvements à grande échelle des continents retravaillent constamment la surface la Terre. Géologiquement, la nôtre est la planète la plus active. De nombreux processus géologiques décrits dans cette page ont également affecté d'autres planètes, généralement dans leurs passés lointains. Cependant, certains des satellites des planètes géantes ont encore aujourd'hui des niveaux d'activité impressionnants. Par exemple, la lune Io de Jupiter possède un nombre remarquable de volcans actifs.

Composition de la croûte terrestre.
On peut distinguer dans la croûte terrestre (et dans la partie sous-jacente du manteau) deux composantes particulières : la croûte océanique et la croûte continentale.

La croûte océanique couvre 55% de la surface de la Terre et se trouve principalement submergée sous les océans. Elle a généralement  6 kilomètres d'épaisseur environ et est composée de basaltes, des roches volcaniques. Résultant du refroidissement de la lave volcanique, les basaltes sont constitués principalement des éléments silicium, oxygène, fer, aluminium et magnésium. 

La croûte continentale couvre 45% de la surface, elle représent la masse des continents, mais une partie se trouve également sous les océans. La croûte continentale a une épaisseur de 20 à 70 kilomètres et est composée principalement de silicates, une classe de minéraux d'origine volcanique différente. Ces minéraux, composées de de silicium et d'oxygène, forment une roche appelée granit

Basaltes et granits sont des roches ignées (le terme utilisé pour toute roche qui s'est refroidie à partir d'un état fondu). Toutes les roches volcaniques sont ignées. Mais il existe aussi deux autres types de roches, qui nous sont familières sur Terre, même s'il s'avère que ni l'un ni l'autre n'est commun sur d'autres planètes : les roches sédimentaires et les roches métamorphiques :
•  Les roches sédimentaires sont constituées de fragments de roche ignée ou de coquilles d'organismes vivants déposés par le vent ou l'eau et cimentés ensemble sans fondre. Sur Terre, ces roches comprennent les grès, les schistes, les argiles et les calcaires communs. 

• Les roches métamorphiques sont produites lorsque des températures ou des pressions élevées altèrent physiquement ou chimiquement les roches ignées ou sédimentaires (le mot métamorphique signifie « qui a changé de forme »). Les roches métamorphiques sont produites sur Terre parce que l'activité géologique transporte les roches de surface à des profondeurs considérables et les ramène ensuite à la surface. Sans une telle activité, ces roches modifiées n'existeraient pas à la surface.

Il existe encore une autre catégorie de roches très importante qui peut nous en apprendre beaucoup sur les premiers temps du Système solaire :
• La roche primitive, qui a largement échappé à la modification chimique par chauffage. La roche primitive représente le matériau d'origine à partir duquel le Système solaire s'est construit. Aucun matériau primitif n'est laissé sur Terre car la planète entière a été chauffée au début de son histoire. Pour trouver de la roche primitive, nous devons chercher des objets plus petits tels que des comètes, des astéroïdes et de petites lunes planétaires. Nous pouvons parfois voir de la roche primitive dans des échantillons qui tombent sur Terre à partir de ces petits objets (météorites).
Un bloc de quartzite sur Terre est composé de matériaux qui ont traversé ces divers états. Commençant comme un matériau primitif avant la naissance de la Terre, il a été chauffé au début de la Terre pour former une roche ignée, transformé chimiquement et redéposé (peut-être plusieurs fois) pour former de la roche sédimentaire, et finalement changé plusieurs kilomètres sous la surface de la Terre en pierre métamorphique dure et blanche nous voyons aujourd'hui.

Tectonique des plaques.
La chaleur qui s'échappe de l'intérieur du globe fournit de l'énergie pour la formation de ses montagnes, de ses vallées, dee ses volcans et même de ses continents et de ses bassins océaniques. Mais ce n'est qu'au milieu du XXe siècle que les géologues ont réussi à comprendre comment ces formes de relief sont créées.

La tectonique des plaques est une théorie qui explique comment les mouvements lents dans le manteau de la Terre déplacent de grands segments de la croûte, entraînant une "dérive" progressive des continents ainsi que la formation de montagnes et d'autres caractéristiques géologiques à grande échelle. La tectonique des plaques est un concept aussi fondamental à la géologie que l'évolution par sélection naturelle l'est à la biologie ou la gravité à la compréhension des orbites des planètes. En la considérant sous un angle différent, la tectonique des plaques est un mécanisme permettant à la Terre de transporter efficacement la chaleur de l'intérieur, où elle s'est accumulée, vers l'espace. C'est un système de refroidissement pour la planète. Toutes les planètes développent un processus de transfert de chaleur à mesure qu'elles évoluent; les mécanismes différent de ceux sur Terre en raison de la composition chimique et d'autres contraintes. D'ailleurs, au final, seule la tectonique des plaque ne vaut que pour la Terre 

La croûte terrestre et le manteau supérieur (à une profondeur d'environ 60 kilomètres) sont divisés en une douzaine de plaques tectoniques qui s'emboîtent comme les pièces d'un puzzle. À certains endroits, comme l'océan Atlantique, les plaques se séparent; dans d'autres, comme au large de la côte ouest de l'Amérique du Sud, on peut voir des plaques venir buter l'une contre l'autre. Le pouvoir de déplacer les plaques est fourni par la convection lente du manteau, un processus par lequel la chaleur s'échappe de l'intérieur à travers le flux ascendant de matériau plus chaud et l'engloutissement lent de matériau plus froid. 

À mesure du lent déplacement des plaques tectoniques, celles-ci se heurtent et provoquent des changements spectaculaires dans la croûte terrestre. Quatre types fondamentaux d'interactions entre les plaques tectoniques sont possibles :

(1) elle peuvent se séparer,

(2) une plaque peut s'enfouir sous une autre,

(3) deux plaques peuvent glisser lattéralement

(4) ou elles peuvent se bloquer. 

Chacune de ces activités est importante pour déterminer la géologie de la Terre.

Zones de faille et de subduction.
Les plaques se séparent les unes des autres le long des zones de rift, comme la dorsale médio-atlantique, entraînée par les courants d'upwelling ou de remontée dans le manteau. Quelques zones de rift sont émergées. La plus connua est le Grand Rift d'Afrique, où le continent africain se désagrège lentement. Cette zone, qui commence dans la région des Grands lacs, se prolonge bien plus au Nord, pour se terminer au Liban (vallée de la Bekaa). Cependant, la plupart des zones de rift se trouvent sous les océans. La roche fondue monte par les interstices entre deux plaques pour remplir l'espace entre elles et les repousser peu à peu; cette roche est de la lave basaltique, le genre de roche ignée qui forme la plupart des bassins océaniques.

À partir de la connaissance du déplacement des fonds océaniques, il est possible de calculer l'âge moyen de la croûte océanique. Environ 60 000 kilomètres de failles actives ont été identifiées, avec des taux de séparation moyens d'environ 4 centimètres par an. La nouvelle zone ajoutée à la Terre chaque année est d'environ 2 kilomètres carrés, assez pour renouveler la totalité de la croûte océanique en un peu plus de 100 millions d'années. Il s'agit d'un intervalle très court sur l'échelle des temps géologique inférieur, c'est environ 3%  de l'âge de la Terre. Les bassins océaniques actuels s'avèrent ainsi parmi les régions les plus jeunes de notre planète.
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Tectonique des plaques : zone de rift et zone de subduction.
Les zones de rift et de subduction sont les régions (principalement situées sous les océans) où la nouvelle croûte se forme et  oùl'ancienne croûte est détruite dans le cadre du cycle de la tectonique des plaques.. (Source : Openstax).
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À mesure que de la nouvelle croûte est ajoutée à la Terre, l'ancienne croûte doit aller quelque part. Lorsque deux plaques se rejoignent, une plaque est souvent forcée sous une autre dans ce qu'on appelle une zone de subduction. Une zone de subduction est une région où une plaque s'engloutit donc sous une autre plaque, disparaît dans les profondeurs ou la chaleur du manteau conduit à sa désagrégation. En général, les masses continentales épaisses ne peuvent pas être subductées, mais les plaques océaniques plus minces peuvent assez facilement s'enfoncer dans le manteau supérieur. Souvent, une zone de subduction est marquée par une tranchée océanique; un bel exemple de ce type de caractéristique est la profonde tranchée qui borde l'archipel du Japon pour rejoindre celui des Mariannes (fosse d'Izu-Ogasawara prolongée par la fosse des Mariannes). La plaque subductée est poussée vers le bas dans des régions de haute pression et de température, fondant finalement plusieurs centaines de kilomètres sous la surface. Son matériau est recyclé par un courant de convection descendant, équilibrant finalement le flux de matériau qui monte le long des zones de rift. La quantité de croûte détruite dans les zones de subduction est approximativement égale à la quantité formée dans les zones de rift.

Les mouvement de la croûte tout au long de la zone de subduction occasionne des tremblements de terre et forme des volcans. Certains des tremblements de terre les plus destructeurs de l'histoire ont eu lieu le long des zones de subduction, notamment le tremblement de terre qui a causé l'incendie de Yokohama en 1923 faisant au total 100.000 morts, le tremblement de terre et le tsunami de Sumatra en 2004 qui ont tué plus de 200 000 personnes et le tremblement de terre de la région de Tohoku, au Japon, en 2011 qui a entraîné l'accident nucléaire de Fukushima.

Zones de faille et surrrection de montagnes.
Sur une grande partie de leur longueur, les plaques tectoniques glissent parallèlement les unes aux autres. Ces limites de plaque sont marquées par des fissures ou des failles. Le long des zones de failles actives, le mouvement d'une plaque par rapport à l'autre est de plusieurs centimètres par an, à peu près le même que les taux d'étalement le long des failles.

L'une des failles les plus célèbres est la faille de San Andreas en Californie, qui se situe à la frontière entre la plaque du Pacifique et la plaque Nord-américaine. Cette faille s'étend du golfe de Californie à l'océan Pacifique au nord-ouest de San Francisco. La plaque du Pacifique, à l'ouest, se déplace vers le nord, emportant avec elle Los Angeles, San Diego et certaines parties de la côte sud de la Californie. Dans plusieurs millions d'années, Los Angeles pourrait être une île au large de San Francisco.

Le mouvement le long des zones de faille ne se fait pas en douceur. Le frottement des plaques les unes contre les autres crée des contraintes dans la croûte qui sont libérées lors de glissements soudains et violents qui génèrent des tremblements de terre. Parce que le mouvement moyen des plaques est constant, plus l'intervalle entre les tremblements de terre est long, plus la contrainte et l'énergie libérée lorsque la surface se déplace finalement sont importantes.

Par exemple, la partie de la faille de San Andreas près de la ville centrale de Parkfield en Californie a glissé tous les 25 ans environ au cours du siècle dernier, se déplaçant en moyenne d'environ 1 mètre à chaque fois. En revanche, l'intervalle moyen entre les principaux tremblements de terre dans la région de Los Angeles est d'environ 150 ans et le mouvement moyen est d'environ 7 mètres. La dernière fois que la faille de San Andreas a glissé ainsi, c'était en 1857; depuis, la tension monte et bientôt elle sera libérée. Les instruments sensibles placés dans le bassin de Los Angeles montrent que le bassin se déforme et se contracte à mesure que ces pressions énormes s'accumulent sous la surface.

Lorsque deux masses continentales se déplacent sur une trajectoire de collision, elles se poussent l'une contre l'autre sous une forte pression. La terre ploie, entraînant des roches profondément sous la surface et élevant d'autres plis à des hauteurs de plusieurs kilomètres. C'est ainsi que de nombreuses chaînes de montagnes sur Terre, mais pas toutes, se sont formées. Les Alpes, et les Pyrénées, par exemple, sont le résultat de la poussée de la  plaque africaine heurtant la plaque eurasiatique. Des processus très différents ont produit les montagnes sur d'autres planètes.

Une fois qu'une chaîne de montagnes est formée par la poussée ascendante de la croûte, ses roches sont sujettes à l'érosion par l'eau et la glace.

Volcans.
Les volcans marquent des endroits où la lave du manteau remonte à la surface en se frayant un chemin à travers la lithosphère. Les crêtes médio-océaniques, par exemple, sont de longues chaînes de montagnes sous-marines formées par de la lave s'élevant du manteau terrestre aux limites des plaques. Un deuxième type majeur d'activité volcanique est associé aux zones de subduction, et les volcans apparaissent parfois également dans les régions où les plaques continentales entrent en collision. Dans chaque cas, l'activité volcanique nous donne un moyen d'échantillonner une partie de la matière située au plus profond de notre planète.

D'autres activités volcaniques se produisent au-dessus des "points chauds" du manteau, loin des limites des plaques où la chaleur monte néanmoins des profondeurs de la Terre, perçant la croûte comme le ferait un chalumeau. L'un des points chauds les plus connus se trouve sous l'île d'Hawaï, où il fournit actuellement assez de chaleur pour maintenir trois volcans actifs, deux sur terre et un sous l'océan. Le point chaud d'Hawaï est actif depuis au moins 100 millions d'années. Alors que les plaques de la Terre se sont déplacées pendant cette période, le point chaud a généré une chaîne d'îles volcaniques de 3 500 kilomètres de long. Les plus hauts volcans hawaïens sont parmi les plus grandes montagnes individuelles de la Terre, plus de 100 kilomètres de diamètre et s'élevant à 9 kilomètres au-dessus du fond de l'océan. Dans l'Océan Indien le volcanisme de l'île de la Réunion est également un volcanisme de point chaud.

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