cinématique de la lithosphère - univ-brest.frjacdev/ens/geomat5_jd.pdf · cinématique de la...
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Cinématique de la lithosphère
1. Introduction : l’idée 2. Les mécanismes3. L’expression en surface
A. Les mouvements finis (2-3 Ma)B. Les mouvements instantanées (GPS)C. Comparaison: quasi « steady-state »D. Vitesse de rotation et vitesse instantanéeE. Mouvements sur la sphère – repères – exercicesF. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
4. Les conséquences en profondeur
Exercice de cinématique
de base
Plaque G fixe
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Lorsque l’on a plus de deux plaques : points triples
Cf L2
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Cf L2
Exercice de Cinématique de base
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Exercice de Cinématique de base
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Ces déplacements sont la cause de presque toutes les grandes structures géodynamiques
(vues dans l’UE Planète Terre)
Zoom 1/2
Birth of passive margins: Continental rifting
- Continuous thinning & lengthening of a 4-layer (brittle-ductile) continental lithosphere- Development of “boudins” in brittle layers (tilted blocks) and of normal shear zones in
ductile ones- Exhumation (unroofing) of mantle rocks at the center & foot of the new passive margins
Brun & Beslier 1996
How does it work? If tensional boundary forces are applied on a continental lithosphere:
Cross section
Asthenospheric upwelling (Non volcanic case)
Subsidence
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
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Example of the formation of conjugate
passive margins :
- Asymmetrical model of
divergence (simple shear
model)- « passive » rifting model
First 15 Myr
Synthesis: Asymmetry in rifts and conjugate margins
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
Last 25 Myr
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F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
EXEMPLES ACTUELSRifting: stade initial d’étirement de la croûte
Amincissement β = h0/ hsup
Dorsales rapidesou lentes
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
En mm par an:Rapide : 90-160
Intermédiaire : 90-50Lent : 50-20
Ultra-lent : < 20
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Géologie de la croûte océanique
Cette séquence est cohérenteavec le profil de vitesse sismique
type de la croûte océanique
-2
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10Vp (km/s)
Water
Moho
Mantle = altered peridotite
Layer 3 = gabbro
Layer 2 = extrusives
Layer 2a = dikes
Layer 1 = sediment
•Série pétrologique du sommet à la base:• sédiments marins de grands fonds
• dépôts massifs de sulfures• basaltes en pillow(coussins)
• complexe filonien• gabbros lités
• péridotites serpentinisées
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
Marges volcaniquesMarges non-volcaniques
From Dalziel et al., 2000 modified
Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
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- Wide margin (ca. 100 km)- Numerous tilted blocks
and half grabens: thinning- Normal faults rooted on a flat reflector: S detachment connected with the roof of
peridotites: shearing- Serpentinized peridotites, outcropping by mechanical
unroofing: Mantle exhumation
- Transition from last rifting to first seafloor spreading: break-up discontinuity
Marges non-volcaniques: CaractéristiquesBoillot et al. 2001
0 10 km
S
7
8
9
10
11S twt
1 2
1
2
Representative case: Starved Galicia margin
Shear
Break-updiscontinuity
serpentinized peridotites
sampled on the seafloor
OCT
Drilling
TOTAL DURATION: > 35 Myr (Galicia-NFL)
1. At sea by seismic methods:
Seismic section (2D) in seconds two-way traveltime
Tilted blocks: a classical observation of non-volcanic passive margins
Yellow: tilted and shifted surfaceRed: Faults
2. On land in previous passive margins involved in an orogen :
Tilted blocks = Witnesses of thinning/lengthening of the crust
Jurassic Alpine Ocean
Faults
Marges non-volcaniques: Caractéristiques
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W-Australia, Planke et al., 2000, interpreted
MAGMA: EN INTRUSIONS DANS LES FAILLES ETEN « SILLS » DANS LA CROÛTE INFERIEURE
White et al., 2008
Marges volcaniques: Caractéristiques, témoins en imagerie ssmique
Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest
Lateral flow in dykes
Geoffroy, 2001
SDRS = Syn-magmatic roll-over anticlines
Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest
Marges volcaniques: Caractéristiques
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? Thick oceanic crustContinental crust
?
Onshore geologyEventual external highs Post-breakup sediments
“Oceanic” SDR
12-30 km
Eventual pre-plume sedimentary basinPre-breakup traps
Sills
Extensional volcanic passive marginNo crustal extension coeval
with plume activity
Moho
Moho?
SDRext
SDRint
?
High-velocity zone
Geoffroy, 2001, 2006
Courtesy Laurent Geoffroy, Laboratoire Domaines Océaniques, Brest
Marges volcaniques: Caractéristiques majeures
Moroccan MarginNova Scotian Margin
Body at 7.2 - 7.6 km/s interpreted as serpentinized
peridotites
SMART line, courtesy T. Funk
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Distance (km)
W E
SMART Line 1
2 3 4 5 6 7 8Vitesse
km/s
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400Distance (km)
W E
SISMAR Line 4
2 3 4 5 6 7 8Vitesse
km/s
0102030405060708091011121314 010203 0405 06 0708 09 1011 13 14 16 18
COB COB320 km 200 km
175 km?
160 km
Vert. Exag. x5
Stretched continental crust Stretched continental crust
Reconstruction
Asymétrie des marges conjuguées
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« Prominent asymmetry between the Hatton and the conjugate Greenland margins is caused by asymmetry in the initial continental stretching and thinning, as ubiquitously
observed on nonvolcanic margins »
(White et al., 2009)
Hatton Bank - Greenland conjugate margins
Free-Air Gravity Anomaly
Velocity cross section
Callot et al. 2001Experimental model
Asymétrie des marges conjuguées
F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
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F. Quelques conséquences: rifts, marges passives, subduction, chaînes
Cinématique de la lithosphère
Introduction : l’idée Les mécanismesL’expression en surfaceLes conséquences en profondeur
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4/ Conséquences en profondeurEchange de matériel et de chaleur
Conduction: mode de transfert de chaleurprovoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière (agitation thermique qui se transmet de proche en proche)Convection: ensemble des mouvements internes (verticaux ou horizontaux) qui animent un fluide ou un solide visqueux et qui impliquent le transportde ses propriétés au cours de son déplacement. Ce transfert implique un échange/déplacement de chaleur
https://fr.wikipedia.org/wiki/
4/ Conséquences en profondeur
Echange de matériel et de chaleur
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Mais attention !
L’analogie avec la casserole qui chauffe est schématique voire trompeuse
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Rappel: Tomographie globale pour « voir » la convection
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Les conditions de la convection mantellique
Ra =α .∆T.g.h3
κ .υ
diffusivité thermique
viscosité
coefficient de dilatation thermique
Ra: nombre de Rayleigh - exprime
le rapport des forces impliquées
dans la convection
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Les conditions de la convection mantellique
Ra =α .∆T.g.h3
κ .υ
Forces motrices (Archimède)
Forces freinage
Les conditions de la convection mantellique
Ra =α .∆T.g.h3
κ .υ
Valeur seuil = 103
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Maintenant : considérations philosophiques …
Le manteau convecte pour évacuer la chaleur qu’il produit ou dont il hérite…Les plaques lithosphériques s’enfoncent car en refroidissant, elles deviennent plus dense que le manteau…Les panaches remontent des roches chaudes des profondeurs du manteau…Les plaques qui entrent en subductions étirent la lithosphère et engendrent les dorsales qui évacuent de la chaleur…
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Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?
Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?
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Convection?Comment ça descend… Mais sait-on comment ça monte ?
discussion …
Coffin & Eldholm (1993)
Large Igneous Provinces