Tout comme un enfant secoue un présent emballé dans l'espoir d'en
deviner le contenu, l'homme doit écouter les sons et les
vibrations de notre Terre
dans l'espoir d'en deviner
le contenu. C'est la séismologie qui permet d'atteindre ce but, cette science ayant
progressé jusqu'à devenir la méthode principale dans l'étude de l'intérieur de la Terre.
"Seismos" est un mot grec signifiant choc, proche de l'expression "tremblement de terre",
secoué, ou bougé violemment. La séismologie terrestre étudie
les vibrations produites par les tremblements de terre, l'impact
de météorites, ou de source artificielle
comme les explosions. À ces occasions,
un séismographe est utilisé pour mesurer et enregistrer les
mouvements et vibrations réels venant de l'intérieur de la Terre ainsi que
du sol.
Types d'ondes sismiques (Adapté, Beatty, 1990.)
Les scientifiques classifient les mouvements sismiques en quatre types d'ondes
de diagnostique qui voyagent à des vitesses entre 3 et 15 kilomètres
(1,9 à 9,4 milles) par seconde. Deux de ces ondes voyagent autour de la surface de la
Terre en vagues qui roulent. Les deux autres, ondes primaires (P) ou de compression
et ondes secondaires (S) ou de cisaillement, pénètrent à l'intérieur de
la Terre. Les ondes primaires compriment et dilatent la matière à travers laquelle elles
voyagent (soit solide ou liquide) de manière similaire à des ondes sonores.
De plus, elles peuvent se propager deux fois plus vite que des ondes S.
Les ondes secondaires se propagent à travers le roc mais ne peuvent voyager
à travers le liquide. Les ondes P et S sont réfractées ou réfléchies aux points de contact
de couches de matière aux propriétés physiques différentes. Leur vitesse décroît lorsqu'elles
se déplacent à travers de la matière plus chaude. Ces changements
de direction et de vitesse permettent de localiser
les zones de discontinuité.
Les divisions à l'intérieur de la Terre (Adapté par Beatty, 1990.)
Les zones de discontinuité sismiques permettent de distinguer les couches de la Terre:
noyau interne, noyau externe, couche D*, manteau inférieur, région de transition,
manteau supérieur, et croûte (océanique et continentale). Certaines zones de discontinuité
latérales ont aussi été découvertes et répertoriées grâce à la tomographie
sismique, mais ce sujet ne sera pas traité ici.
Noyau interne: 1,7% de la masse terrestre; profondeur de 5 150 - 6 370 kilomètres (3 219 - 3 981 milles).
Le noyau interne est solide sans être attaché au manteau, suspendu à l'intérieur du
noyau externe en fusion. On croit que sa solidité est un résultat
de solidification sous pression, un phénomène qui affecte la plupart des liquides lorsque la température diminue
ou la pression augmente.
Noyau externe: 30,8% de la masse terrestre; profondeur de 2 890 - 5 150 kilomètres (1 806 - 3 219 milles).
Le noyau externe est constitué d'un liquide chaud et conducteur d'électricité à l'intérieur duquel
se produisent des mouvements de convection. Cette couche
conductrice, combinée avec la rotation de la Terre, crée un effet dynamo
qui maintient un système de courants électriques connus sous le nom de
champs magnétique terrestre. Ce phénomène est de plus responsable des subtiles irrégularités
dans la rotation de la Terre. Cette couche n'est pas aussi dense que du fer en fusion pur,
ce qui indique la présence d'éléments plus légers. Les scientifiques soupçonnent
la présence de souffre et/ou d'oxygène dans une concentration d'environ 10% parce que
ces éléments sont abondants dans le cosmos et se dissolvent rapidement dans
le fer en fusion.
Couche D": 3% de la masse terrestre; profondeur de 2 700 - 2 890 kilomètres (1 688 - 1 806 milles).
Cette couche a une épaisseur d'environ 200 à 300 kilomètres (125 à 188 milles) et
représente environ 4% de la masse manteau-croûte. Bien que cette couche soit souvent
considérée comme faisant partie du manteau inférieur, les zones de discontinuité sismiques laissent à penser
que la couche D" soit différente chimiquement du manteau inférieur situé juste au-dessus.
Les scientifiques ont émis une théorie selon laquelle soit cette matière s'est dissoute dans le noyau,
ou bien elle a pu couler à travers le manteau sans pouvoir se rendre au noyau à cause de
sa densité.
Manteau inférieur: 49,2% de la masse terrestre; profondeur de 650 - 2 890 kilomètres (406 -1 806 milles).
Le manteau inférieur constitue 72,9% de la masse manteau-croûte
et se compose probablement principalement de silice,
de magnésium, et d'oxygène. Il contient aussi probablement
un peu de fer, de calcium et d'aluminium. Les scientifiques en arrivent à ces
conclusions en prenant pour acquis que la Terre contient des
quantités et proportions similaires d'éléments cosmiques découverts
dans le Soleil et certaines météorites primitives.
Couche de transition: 7,5% de la masse terrestre; profondeur de 400 - 650 kilomètres (250-406 milles).
La région de transition ou mésosphère (pour "manteau
du milieu), parfois aussi appelée la couche fertile,
constitue 11,1% de la masse manteau-croûte; c'est de plus la
source de magmabasaltique.
Elle contient aussi du calcium,
de l'aluminium, en plus du grenat, qui est un complexe minéral
de silicates et d'aluminium. Le grenat dans cette couche la rend
dense lorsqu'elle est froide. Elle tend à flotter sur la phase liquide lorsqu'elle
est chaude, car les minéraux qu'elle contient peuvent facilement fondre pour former
du basalte qui peut alors remonter à travers les couches supérieures sous forme
de magma.
Le manteau supérieur: 10,3% de la masse terrestre; profondeur de 10 - 400 kilomètres (6 - 250 milles).
Le manteau supérieur constitue 15,3% de la masse manteau-croûte.
Des fragments mis à jour par l'érosion de ceintures montagneuses
et par des éruptions volcaniques ont servi à en déterminer la composition.
De l'olivine (Mg, Fe)2SiO4 et du pyroxène
(Mg, Fe)SiO3 sont les principaux minéraux découverts de
cette manière. Ceux-ci et d'autres minéraux sont réfractaires
et cristallins à haute température; donc une grande partie
se sépare du magma qui monte, soit en formant du nouveau matériau
dans la croûte, soit en ne quittant pas le manteau. Une partie du
manteau supérieur, appelée asthénosphère, serait d'ailleurs
partiellement en fusion.
La croûte océanique: 0,099% de la masse terrestre; profondeur de 0 - 10 kilomètres (0 - 6 milles).
La croûte océanique constitue 0,147% de la masse manteau-
croûte. La plus grande partie de la croûte terrestre s'est formée à partir
de l'activité volcanique. Le système de dorsales
océaniques, un réseau de volcans long de 40 000 kilomètres (25 000 milles),
génère de la nouvelle croûte océanique à un débit de 17 km 3
par année, en couvrant le fond des océans avec du basalte.
Hawaii et l'Islande sont deux exemples de
l'accumulation de basalte.
La croûte continentale: 0,374% de la masse terrestre; profondeur de 0 - 50 kilomètres (0 - 31 milles).
La croûte continentale constitue 0,554% de la
masse manteau-croûte. C'est la partie la plus externe de la Terre,
composée essentiellement de roches cristallines. Ce sont
des minéraux flottables de faible densité principalement constitués de
quartz (SiO2) et de feldspath (des silicates pauvres en métal).
La croûte (océanique et continentale) constitue la
surface de la Terre; ainsi, c'est la partie la plus froide
de notre planète. Puisque le roc froid ne se déforme que très lentement, nous
appelons cette écorce rigide la lithosphère (la couche rocheuse ou solide).
La couche rigide la plus externe de la Terre comprenant la croûte et
le manteau supérieur est appelée lithosphère. De la nouvelle lithosphère se forme par
activité volcanique à partir des fissures que l'on retrouve dans les "dorsales"
sous-marines que l'on retrouve au milieu des océans. Ces dorsales sous-marines sont des
cassures qui entourent le globe. De la chaleur venant de l'intérieur est libérée en même temps
que la nouvelle lithosphère émerge d'en dessous. Cette lithosphère se refroidit graduellement,
se contracte et se déplace en s'éloignant de la fissure. Ce déplacement sur le fond marin vers les
zones de subduction est un processus que l'on appelle " étalement du fond marin". Avec le temps, la
lithosphère plus âgée s'épaissit et devient plus dense que le manteau sous-jacent ce qui l'amène
à redescendre (phénomène de subduction) avec un angle prononcé vers l'intérieur de la Terre
refroidissant ainsi le manteau. La subduction constitue le principal mécanisme de refroidissement
du manteau à des profondeurs de plus de 100 kilomètres (62,5 milles). Si dans une zone de
subduction se retrouve de la lithosphère jeune et par conséquent plus chaude, l'angle de rentrée
est moins prononcé.
La lithosphère continentale a une épaisseur d'environ 150 kilomètres (93 milles). Sa
croûte de faible densité et la partie supérieure du manteau sont flottantes. Les continents
dérivent latéralement sur ce système de convection allant des zones chaudes
du manteau vers les zones froides, c'est ce que l'on appelle la "dérive des continents". Les
continents sont actuellement soit sur une zone plus froide du manteau ou dérivent vers elles,
à l'exception de l'Afrique. Le continent africain était à l'origine le coeur de Pangaea, un supercontinent
qui se fragmenta pour former les continents actuels. Plusieurs centaines de millions d'années
avant la formation de Pangaea les continents de l'hémisphère austral - l'Afrique, l'Amérique-du-sud,
l'Australie, l'Antartique et l'Inde - étaient réunis dans ce que l'on appelle le Gondwana.
Les frontières des plaques lithosphériques (Courtoisie de NGDC)
La tectonique des plaques comprend la formation des plaques de la lithosphère, leur mouvement
latéral, leurs interactions et leur destruction. La chaleur interne de la Terre est dissipée en grande
quantité par ce mécanisme qui est aussi responsable de la formation des grandes structures
topographiques terrestres. Les fosses et
les plateaux continentaux de basalte sont créés aux endroits de
fracture par l'infiltration dans le fond océanique, de magma
provenant du manteau. C'est ainsi que se forme de la nouvelle croûte et que se séparent les dorsales
médio-océaniques. Les plaques entrent en collision et sont détruites lorsqu'elles descendent
aux zones de subduction, produisant les profondes fosses océaniques, les files de volcans,
transformant profondément les zones de fractures, soulevant
d'immenses plateaux et plissant les chaînes de montagnes. Actuellement la lithosphère terrestre
est découpée en huit grandes plaques accompagnées d'environ deux douzaines de plus petites.
L'ensemble de ces plaques repose sur le manteau et les plaques dérivent au rythme de 5 à 10 centimètres
(2 à 4 pouces) par année. Les huit grandes plaques sont: L'Afrique, l'Antartique, l'Eurasie,
la plaque indienne-australienne, la plaque Nazca, l'Amérique-du-nord, l'Amérique-du-sud, et la plaque du
Pacifique. Quelques unes des plus petites sont: Les plaques de l'Anatolie, d'Arabie, des Caraïbes,
des Cocos, des Philippines et de la Somalie.
Références
Beatty, J. K. et A. Chaikin, eds. The New Solar System.
Massachusetts: Sky Publishing, 3rd Edition, 1990.
Press, Frank et Raymond Siever. Earth. New York: W. H. Freeman
and Company, 1986.
Seeds, Michael A. Horizons. Belmont, California: Wadsworth, 1995.
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