Laurène AUTIXIER, Hermine TERSONNIER

PROCESSUS NATURELS

Question:           Que devient le rayonnement reçu par le Terre ?

Question:           Quelles sont les caractéristiques des différentes couches de la Terre ainsi que celles de leurs interfaces?

Lithosphère :

 

Géosphère  et lithosphère : Le petit Larousse 1998 : « Elle comprend l’atmosphère, l’hydrosphère et la partie externe de la lithosphère »

 En géologie, c’est Barrell qui introduisit en 1914 les concepts de '"lithosphère rigide" et "d'asthénosphère ductile" dans 2 articles au Journal of Geology, afin de rendre compte du fait que les surcharges locales (poids d'un delta par exemple) ne sont pas compensées localement par l'isostasie mais le sont à une échelle bien plus large. Il estime dès cette époque en effet que si l'on admet que la lithosphère est rigide et que l’asthénosphère est ductile, la lithosphère doit s'enfoncer sur une surface plus large que le delta lui-même. (voir poly « La Dérive des continents »)

On appelle encore de nos jours plaque lithosphérique ou lithosphère (voir poly «  La Terre est ronde ? ») la partie la plus externe de la géosphère, qui un comportement élastique. Elle est située au-dessus de l’asthénosphère, dans laquelle les vitesses sismiques sont diminuées (Low Velocity Zone, LVZ),  car elle présente en effet déjà un comportement plus ou moins ductile. La distinction lithosphère / asthénosphère est donc de nature physique et ne correspond en rien à la distinction croûte / manteau, qui est de nature géochimique et donc pétrographique. La lithosphère associe :

1 -    La croûte terrestre, issue du fractionnement du manteau, de nature très variée selon son origine océanique ou continentale ;

2 -    La partie sommitale du manteau, suffisamment « froide » pour que ses propriétés mécaniques permettent de le désaccoupler du manteau convectif sous-jacent.

Cette limite rhéologique apparaît donc comme l’isotherme de transition entre le manteau rigide conductif (non adiabatique) et le manteau ductile convectif adiabatique. On parle alors de TBL, pour thermal boundary layer. On parle aussi  de LAB pour Lithosphère-Asthénosphère Boundary. 

 

 Asthénosphère ou LVZ

La composition de la croûte terrestre correspond, de façon très globale et très grossièrement, à celle de liquides magmatiques extraits du manteau par fusion partielle. Cette fusion partielle conduit à un enrichissement du liquide en éléments issus des phases minérales les plus fusibles, en particulier  U, Th, et K. Les liquides magmatique extraits du manteau cristallisent en fractionnant encore ces éléments lithophiles qui seront alors transférés un peu aux premiers solides formés, à de hautes températures (disons des basaltes), et beaucoup aux derniers solides à formés, à plus basse température (disons des granites). La lithosphère, océanique (basaltique) et surtout continentale (granitique), est donc très enrichie en U, Th et K, radioactifs producteurs de chaleur, par rapport au manteau.

Il est donc normal que lorsque l’on regarde l’allure du géotherme dans le plan Pression (ou profondeur) température, P,T, de constater qu’il est maximum (°C/km) dans la partie sommitale de la géosphère, appelée croûte, et qu’il diminue drastiquement en arrivant dans le manteau. On note qu’ainsi le géotherme, qu’il soit océanique ou continental, passe toujours dans une région du plan P,T qui se rapproche du solidus du manteau, voire le franchit.

Ainsi la partie supérieure de la Terre présente-t-elle des caractéristiques physiques de solide dont la rigidité décroît avec la profondeur. La réponse aux tensions auxquelles elle est soumise, élastique dans le domaine des basses températures, devient plastique en s’approchant de la courbe de début de fusion. On donne donc à cette zone ductile, incapable de supporter les contraintes sans déformations pérennes, l’Asthénosphère. La lithosphère étant la partie rigide située au dessus de l’asthénosphère, elle comprend la croûte (océanique ou continentale) et en continuité la partie « froide » du manteau encore rigide. On parle de manteau lithosphérique, accrété à la lithosphère, et de manteau asthénosphérique.

La ductilité de l’asthénosphère est particulièrement observable dans le ralentissement des ondes sismiques, qui définissent ainsi la Low Velocity Zone, LVZ

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0033_SCORM_MFFTT600120-EN/content/6/1_1/6_01_seismic_waves.jpg

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0033_SCORM_MFFTT600120-EN/sco_06_01.scorm

La profondeur de l'asthénosphère dépend donc directement de l'état thermique de la lithosphère au lieu d’observation. L’isotherme 1300°C est une limite couramment admise comme frontière entre lithosphère et asthénosphère. Il peut se trouver à quelques km de profondeur dans les zones de divergence, dorsales ou rifts, où flux de chaleur est anormalement élevé avec un manteau asthénosphérique ascendant presque à l’affleurement. Inversement , on traversera l’isotherme 1300°C vers 100 km de profondeur dans les régions à flux de chaleur normal.

On observe dans la figure qu’après la zone roche du solidus, le géotherme s’éloigne en profondeur du début de fusion. La limite inférieure de l’asthénosphère se situe vers 220 km profondeur au-delà de laquelle le manteau supérieur retrouve une viscosité plus forte et des vitesses sismiques de plus en plus élevée.