DERIVE DES CONTINENTS - TECTONIC DES PLAQUES - CETACE

1 - LA DERIVE DES CONTINENTS

Le parallélisme des côtes de l'Atlantique.

On observe en effet un certain parallélisme des lignes côtières entre d'une part les Amériques et d'autre part l'Europe - Afrique.

Cela suggère que ces deux ensembles constituaient deux morceaux d'un même bloc.

 2- Petite vulgarisation de géologie abordée sous l'aspect historique

En 1912, Wegener formula la théorie de la "dérive des continents", en accord avec la flottaison du granit sur le basalte. Initialement, les continents formaient un immense bloc de granit (Pangée). Ce continent initial se serait fracturé, entraînant une dérive des morceaux. D'ailleurs, les continents actuels se déplacent encore les uns par rapport aux autres (parfois d'un mètre par an).

Mais la théorie de Wegener fut combattue pendant 50 ans, principalement à cause du processus de dérive des blocs de granit sur (ou plutôt à travers) le basalte. Finalement, de nombreuses observations scientifiques vinrent confirmer ces hypothèses (structure identique des roches des différents continents, déplacements des pôles magnétiques, fossiles d'os découverts dans l'Antarctique, etc). Par contre, on a amélioré la compréhension du mécanisme de dérive. Les continents (granit) dérivent avec le basalte, un peu comme un radeau dérive avec l'eau (et non à travers!)



  3 - LA TECTONIQUE DES PLAQUES

En 1960, Hess proposa une théorie dans laquelle de la matière en fusion jaillit à travers des lignes de fracture du manteau. Cette matière fondue se refroidit et se solidifie, ce qui provoque un élargissement du

plancher océanique et entraîne les continents (dorsale ou rift). De plus, on verra qu'il existe aussi des zones où la matière s'engouffre à l'intérieur du manteau (subduction). Cette théorie moderne de la tectonique des plaques est en accord avec le scénario de la Pangée initiale (il y a environ 225 millions d'années), suivi d'une rupture en trois morceaux (il y a environ 200 millions d'années). Plus tard, L'Amérique se sépara de l'Afrique (il y a 65 millions d'années). L'Australie se sépara de l'Antarctique et l'Inde de l'Afrique. L'Inde viendra percuter l'Asie, le choc engendrant l'Himalaya.

4 - LA RÉPARTITION DE CERTAINS FOSSILES

On retrouve, de part et d'autre de l'Atlantique, sur les continents actuels, les fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma.

 

Comment des organismes terrestres n'ayant pas la capacité de traverser un si large océan ont-ils pu coloniser des aires continentales si éloignées les unes des autres?. La réponse de Wegener est simple: autrefois, tous ces continents n'en formaient qu'un seul, la Pangée, présentant ainsi des aires de répartition cohérentes.

A noter qu'on a utilisé ici la reconstitution de Bullard et coll.

 

5 - LA TERRE AU CRETACÉ

Le Crétacé est une période géologique qui s’étend de 145,5 ± 4 à 65,5 ± 0,3 Ma. Elle se termine avec la disparition des dinosaures et de nombreuses autres formes de vie. Cette période est la troisième et dernière de l’ère Mésozoïque ; elle précède le Paléogène et suit le Jurassique.

Sa fin est marquée par un stratotype riche en iridium que l’on pense associé à l’impact d’une météorite dans le Yucatan. Cette collision est considérée comme ayant participé fortement à l’extinction massive ayant entraîné entre autres la disparition des dinosaures. Néanmoins, la géologie montre que l'activité volcanique de grande ampleur commune aux cinq grandes extinctions avait déjà commencé avant l'arrivée du bolide.

LA FIN DU CRETACÉ

 

Durant le Crétacé, le supercontinent Pangée finit de se scinder pour former les continents actuels, bien que leurs positions soient encore substantiellement différentes. En même temps que l’océan Atlantique s’élargit et que l’Amérique du Nord se dirige vers l’ouest, le Gondwana qui s’était auparavant détaché de la Pangée, se fracture en Antarctique, Amérique du Sud et Australie, et s’éloigne de l’Afrique. L’Inde et Madagascar restent rattachés à la plaque africaine au début du crétacé, L’Inde s’en détache vers la fin du Berriasien. L’océan Indien et l’Atlantique Sud apparaissent durant cette période.

Cette activité crée des chaînes de montagnes sous-marines le long des lignes de fractures, provoquant l’élévation du niveau de la mer dans le monde entier : c’est la crise magmatique du Crétacé supérieur, à l’origine des plateaux des Caraïbes, d’Otong Java… Au nord de l’Afrique, la Téthys continue de rétrécir. En Amérique du Nord une mer intérieure peu profonde se forme (Voie maritime intérieure de l'Ouest) puis commence à rétrécir, en laissant des dépôts marins minces intercalaires entre des couches de charbon. D’autres affleurements de cette période se situent en Europe et en Chine. Au maximum du niveau de la mer pendant le Crétacé, près d’un tiers des terres actuelles est submergé.

Le Crétacé est fameux pour ses formations calcaires, aucune autre période du Phanérozoïque n’en a produit autant. L’activité au niveau des dorsales océaniques enrichi les océans en calcium permettant aux coccolithophoridés de s’approvisionner en cet élément.

Dans la région de l’Inde, des éruptions volcaniques massives se produisent vers la fin du Crétacé et le début du Paléocène, formant les trapps du Deccan.
 

LA TERRE A LA FIN DU CRÉTACÉ

Étendue
Début	Fin
145,0 ± 4,0 Ma	65,5 ± 0,3 Ma (extinction Crétacé-Tertiaire)

 

Climat
Taux de O2 atmosphérique	env. 30 %vol (150 % de l'actuel)
Taux de CO2 atmosphérique	env. 1 700 ppm (6 fois le niveau d'avant la révolution industrielle)
Température moyenne	18 °C (+4 °C par rapport à l'actuel)

Contexte géodynamique

· 120 Ma : ouverture de l'Atlantique Sud et fragmentation du Gondwana

· 100 Ma: début de formation de la chaîne alpine

4 - LE CLIMAT AU CRÉTACÉ

 

 

Une curiosité, seules les parties immergées en jaune constituait la France au crétacé supérieur

Au début du Crétacé, la tendance au refroidissement amorcée à la fin du Jurassique se poursuit pendant le Berriasien, les pôles ont peut-être connu des glaciers permanents, ainsi que quelques montagnes élevées aux latitudes moyennes. Ce refroidissement n’est pas typique du Crétacé : à la fin du Berriasien les températures remontent puis restent relativement stables pendant le reste de cette période.

Cette tendance est due à l’activité volcanique intense qui produit de larges quantités de dioxyde de carbone. Téthys connecte les océans tropicaux de l’ouest vers l’est permettant d’adoucir le climat global. Des plantes fossiles adaptées à la chaleur peuvent être trouvées aussi au nord que l’Alaska ou le Groenland tandis que des fossiles de dinosaures sont présents sur des territoires alors à une latitude de 15° du pôle Sud.

Le gradient de température équateur-pôle est bien moins élevé que de nos jours, les vents sont donc plus faibles, en conséquence les remontées d’eau des océans sont moins accentuées et les océans plus stagnants, ces océans sont donc moins oxygénés et des évènements anoxiques sont enregistrés dans les dépôts de schiste noir. La température de surface et en profondeur est nettement plus élevée que de nos jours.

Le climat global est donc chaud, les régions polaires n’ont pas de glace permanente.
Selon une étude publiée dans la revue Science, une équipe conduite par l'allemand André Bornemann est parvenue à prouver l’existence de glaciers et à montrer que ces glaciers ont pu atteindre, sur de courtes périodes, jusqu'à 60 % du volume actuel de l’Antarctique, le niveau de la mer chutant de 25 à 40 mètres, alors que la température de l’océan avoisinait 37 °C contre les 28 °C atuels.

Faune et Flore pendant le Crétacé

 

5 - LES TRACES D’ANCIENNES GLACIATIONS

On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250 millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire. Il est plus qu'improbable qu'il ait pu y avoir glaciation sur des continents se trouvant dans la zone tropicale (sud de l'Afrique, Inde). De plus, il est anormal que l'écoulement des glaces, dont le sens est indiqué par les flèches, se fasse vers l'intérieur d'un continent (des points bas vers les points hauts; cas de l'Amérique du Sud, de l'Afrique, de l'Inde et l'Australie). Cette répartition actuelle des zones glaciées n'est donc pas cohérente.

Le rassemblement des masses continentales à la Wegener donne un sens à la répartition de dépôts glaciaires datant d'il y a 250 Ma, ainsi qu'aux directions d'écoulement de la glace, relevées sur plusieurs portions de continents. La répartition sur la Pangée montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire et que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte, comme il se doit.

 6 - LA CORRESPONDANCE DES STRUCTURES GÉOLOGIQUES
 

Cela n'est pas tout que les pièces d'un puzzle s'emboîtent bien, encore faut-il obtenir une image cohérente. Dans le cas du puzzle des continents, non seulement y a-t-il une concordance entre les côtes, mais il y a aussi une concordance entre les structures géologiques à l'intérieur des continents, un argument lourd en faveur de l'existence du méga continent Pangée.

La correspondance des structures géologiques entre l'Afrique et l'Amérique du Sud appuie l'argument de Wegener. La carte ci-dessous montre la répartition des blocs continentaux (boucliers) plus vieux que 2 Ga (milliards d'années) selon la géographique actuelle.

Autour de ces boucliers, les chaînes de montagnes plus récentes ont des âges allant de 450 à 650 Ma. Les traits indiquent le "grain" tectonique de ces chaînes. À remarquer, dans les régions de São Luis et de Salvador au Brésil, la présence de petits morceaux de boucliers.

Le rapprochement des deux continents (carte ci-dessous) montre qu'en fait les deux petits morceaux des zones de São Luis et de Salvador se rattachent respectivement aux boucliers ouest-africain et angolais, et qu'il y a aussi une certaine continuité dans le grain tectonique des chaînes plus récentes qui viennent se mouler sur les boucliers. L'image du puzzle est cohérente.

La correspondance des structures géologiques entre l'Amérique du Nord et l'Europe confirme aussi l'idée de Wegener. Les trois chaînes de montagnes, Appalaches (Est de l'Amérique du Nord), Mauritanides (nord-est de l'Afrique) et Calédonides (Iles Britanniques, Scandinavie), aujourd'hui séparées par l'Océan Atlantique, ne forment qu'une seule chaîne continue si on rapproche les continents à la manière de Wegener. Les géologues savent depuis longtemps qu'effectivement ces trois chaînes ont des structures géologiques identiques et qu'elles se sont formées en même temps entre 470 et 350 Ma.

Le géophysicien Wegener était bien au fait que la croûte continentale était plus épaisse sous les chaînes de montagnes que sous les plaines, et que cette situation répondait au principe de l'isostasie qui veut qu'il y ait un équilibre entre les divers compartiments de l'écorce terrestre dû aux différences de densité. Il en conçut l'idée que les continents "flottaient" sur un médium mal défini et qu'ainsi ils pouvaient dériver les uns par rapport aux autres.

Auriez-vous été convaincu par les arguments de Wegener qu'un jour un grand bloc continental s'est fragmenté et que ses parties ont dérivé les unes par rapport aux autres? Les contemporains de Wegener n'ont pas été convaincus de cette proposition révolutionnaire de la dérive des continents; l'opposition fut vive. En fait, Wegener a démontré de façon assez convaincante, qu'un jour, les continents actuels ne formaient qu'un seul méga continent, mais il ne démontrait pas que ceux-ci avaient dérivé lentement depuis les derniers 250 Ma. À la limite, on pourrait tout aussi bien invoquer certains scénarios des catastrophistes pour expliquer les constatations de Wegener. Le problème majeur, c'est qu'il ne proposait aucun mécanisme pour expliquer la dérive. Il démontrait bien que la répartition actuelle de certains fossiles, de traces d'anciennes glaciations ou de certaines structures géologiques soulevaient des questions importantes auxquelles il fallait trouver des explications. Mais ces constatations ne sont pas suffisantes pour démontrer que les continents ont dérivé. Notons, qu'à l'inverse, si les continents ont dérivé, il est nécessaire qu'il y ait un appariement entre les structures géologiques et la répartition des fossiles.

Il faut signaler que l'hypothèse de Wegener était une hypothèse génératrice de science, parce que les questions soulevées sont suffisamment sérieuses et fondées sur des faits réels pour qu'on s'attaque à y répondre. Mais il aura fallu attendre plus de quarante ans pour que les idées de Wegener refassent surface et qu'on se mette à la recherche du mécanisme de dérive qui lui manquait. Entre autres, il avait manqué à Wegener les données fondamentales sur la structure interne de la Terre.

7 - LA STRUCTURE DE LA TERRE

L'intérieur de la Terre est constitué d'une succession de couches de propriétés physiques différentes: au centre, le noyau, qui forme 17% du volume terrestre et qui se divise en noyau interne solide et noyau externe liquide; puis, le manteau, qui constitue le gros du volume terrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est solide; finalement, la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.

Deux discontinuités importantes séparent croûte, manteau et noyau: la discontinuité de Mohorovicic (MOHO) qui marque un contraste de densité entre la croûte terrestre et le manteau, et la discontinuité de Gutenberg qui marque aussi un contraste important de densité entre le manteau et le noyau. Une troisième discontinuité sépare noyau interne et noyau externe, la discontinuité de Lehmann.

La couche plastique du manteau supérieur est appelée asthénosphère, alors qu'ensemble, les deux couches solides qui la surmontent, soit la couche solide de la partie supérieure du manteau supérieur et la croûte terrestre, forment la lithosphère. On reconnaît deux types de croûte terrestre: la croûte océanique, celle qui en gros se situe sous les océans, qui est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium); et la croûte continentale, celle qui se situe au niveau des continents, qui est plus épaisse à cause de sa plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3) et qu'on nomme SIAL (silicium-aluminium). La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits et redistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, glace) et qui compte pour très peu en volume.

L'intérieur de la Terre est donc constitué d'un certain nombre de couches superposées, qui se distinguent par leur état solide, liquide ou plastique, ainsi que par leur densité. Comment savons-nous cela? C'est par une sorte d'échographie de l'intérieur de la Terre qui a été établie à partir du comportement des ondes sismiques lors des tremblements de terre. Les sismologues Mohorovicic, Gutenberg et Lehmann ont réussi à déterminer l'état et la densité des couches par l'étude du comportement de ces ondes sismiques. La vitesse de propagation des ondes sismiques est fonction de l'état et de la densité de la matière. Certains types d'ondes se propagent autant dans les liquides, les solides et les gaz, alors que d'autres types ne se propagent que dans les solides. Lorsque qu'il se produit un tremblement de terre à la surface du globe, il y a émission d'ondes dans toutes les directions. Il existe deux grands domaines de propagations des ondes: les ondes de surface, celles qui se propagent à la surface du globe, dans la croûte terrestre, et qui causent tous ces dommages associés aux tremblements de terre, et les ondes de volume, celles qui se propagent à l'intérieur de la terre et qui peuvent être enregistrées en plusieurs points du globe. Chez les ondes de volume, on reconnaît deux grands types: les ondes de cisaillement ou ondes S, et les ondes de compression ou ondes P.

LE NORD MAGNETIQUE DE LA TERRE

 

8 - LES ONDES SISMIQUES DE VOLUME

L'onde P se déplace créant successivement des zones de dilatation et des zones de compression. Les particules se déplacent selon un mouvement avant-arrière dans la direction de la propagation de l'onde, à la manière d'un "slinky". Ce type d'onde est assimilable à une onde sonore. Dans le cas des ondes S, les particules oscillent dans un plan vertical, à angle droit par rapport au sens de propagation de l'onde.

La structure interne de la Terre, ainsi que l'état et la densité de la matière, ont été déduits de l'analyse du comportement des ondes sismiques. Les ondes P se propagent dans les solides, les liquides et les gaz, alors que les ondes S ne se propagent que dans les solides. On sait aussi que la vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à la densité du matériel dans lequel elles se propagent.

La brusque interruption de propagation des ondes S à la limite entre le manteau et le noyau indique qu'on passe d'un solide (manteau inférieur) à un liquide (noyau externe). L'augmentation progressive de la vitesse des ondes P et S dans le manteau indique une augmentation de densité du matériel à mesure qu'on s'enfonce dans ce manteau. La chute subite de la vitesse des ondes P au contact manteau-noyau est reliée au changement d'état de la matière (de solide à liquide), mais les vitesses relatives continuent d'augmenter, indiquant une augmentation des densités. Plus en détail, au contact lithosphère-asthénosphère, on note une légère chute des vitesses de propagation des ondes P et S correspondant au passage d'un matériel solide (lithosphère) à un matériel plastique (asthénosphère).

La composition de la croûte terrestre est assez bien connue par l'étude des roches qui forment la surface terrestre et aussi par de nombreux forages. Notre connaissance du manteau et du noyau est, cependant, plus limitée. Malgré tous les efforts déployés à cet effet, aucun forage n'a encore traversé le MOHO.

9 - A LA RECHERCHE DU MOHO

Depuis la fin des années 60, on cherche, par des forages profonds, à mieux connaître et comprendre la nature et la composition de la croûte continentale, et à atteindre et traverser la discontinuité de MOHO dans l'espoir de prélever des échantillons du manteau. Plusieurs projets de collaboration internationale ont été mis sur pieds.

·  Le MOHOLE (Moho hole), en 1967-68: un projet américain de forage de la croûte océanique près d'Hawaï, à partir d'une plate-forme, sous 4500 mètres d'eau. On visait un trou de 25 cm de diamètre, sur une profondeur de 5 km. On a rencontré de nombreuses difficultés techniques et les coûts furent élevés. On n'a pas atteint le Moho.

·  Le projet JOIDES (Joint Oceanic Institution for Deep Earth Sampling). Un projet initié en août 1968 et financé par la NSF (National Science Foundation, USA). Il s'agissait d'un forage dans le golfe du Mexique, sous 3580 m d'eau, à partir du Glomar Challenger, un bateau équipé pour forer dans 6000 m d'eau. Ici encore, on n'a pas atteint le Moho.

·  Le DSDP (Deep Sea Drilling Projet), un projet initié en 1970, qui ne cherche pas à rejoindre le Moho, mais qui vise à réaliser plusieurs forages peu profonds, dans tous les océans, pour bien connaître la croûte océanique et sa couverture sédimentaire.

·  Le projet IPOD (International Phase of Ocean Drilling), puis ODP (Ocean Drilling Project), depuis 1979 et toujours actif: c'est la suite du DSDP, mais à l'échelle internationale; plusieurs forages à +/- 2000 m dans la croûte océanique, sur des centaines de sites dans tous les océans, bénéficiant d'une grande amélioration des techniques.

·  Les Russes furent les premiers à forer à partir du continent pour tenter d'atteindre le Moho, donc à traverser la croûte continentale plutôt que la croûte océanique. Le forage a été implanté dans la péninsule de Kola (cercle arctique russe), en bordure d'une masse continentale, où on considère que le Moho se trouve à 10 ou 15 km de profondeur.

1977: début du forage; cible 15 km,

1982: on atteint 8 km,

1989: on atteint 12 km sans être encore au Moho.

Acquisition inestimable de connaissances sur la croûte continentale. A toutes fins pratiques, un forage arrêté aujourd'hui, faute de moyens financiers.

·  L'Allemagne planifie de compléter un forage de 15 km en Bavière (donc à travers la croûte continentale) pour 1996. Travaux toujours en cours qui, ici aussi, ont permis d'apprendre énormément sur la croûte continentale. Le Moho n'a pas encore été atteint.

·  A l'été de 1996, l'ODP projette de reprendre un forage (i.e. entrer dans le même trou) dans l'océan Atlantique, forage qui est déjà à 2000 m de profondeur et sous lequel on pense pouvoir atteindre le Moho.

A ce jour (2012), la discontinuité de Moho n'a toujours pas été atteinte (1996) et nous ne possédons toujours pas d'échantillons du manteau, ... sauf ce qui nous vient des volcans.