TD7 : l’évolution de la lithosphère océaniqueLa lithosphère océanique formée au niveau des dorsales s’en écarte progressivement. Nous cherchons à déterminer l’évolution de ses caractéristiques au cours son éloignement, donc au cours du temps.

La limite lithosphère-asthénosphère est définie par une température, appelée isotherme 1300°C. Il n’y a pas de différence pétrographique puisque le manteau lithosphérique et l’asthénosphère sont constitués d’une même roche, la péridotite.

2 Evolution du flux thermique de la lithosphère océanique

Ce graphique permet de montrer l’évolution du flux thermique, donc de la chaleur dégagée par la lithosphère océanique au cours du temps, depuis sa formation (âge 0) jusqu’à un âge de 200 millions d’années.

5 Modifications des gabbros de la lithosphère océanique

1. A l’aide des documents 1 et 3, expliquez l’épaississement de la lithosphère au cours du temps.2. En sachant que la lithosphère est constituée de la croûte océanique et du manteau lithosphérique, expliquez l’augmentation de la densité de la lithosphère océanique au cours du temps. 3. A l’aide des documents 2, 4 et 5, indiquez les principales modifications qui affectent les gabbros et leur origine.

Pour aller plus loin : IFREMER3

TD7 : l’évolution de la lithosphère océanique1. A l’aide des documents 1 et 3, expliquez l’épaississement de la lithosphère au cours du temps.

Nous savons que la limite inférieure de la lithosphère est définie par la limite thermique de 1300°C, appelée isotherme 1300°C.Ainsi, les péridotites dont la température est inférieure à 1300°C appartiennent au manteau lithosphérique (donc à la lithosphère) alors que les péridotites dont la température est supérieure à 1300°C (donc situées sous l’isotherme) appartiennent à l’asthénosphère.

Comme le montre le document du haut, la lithosphère s’épaissit donc au cours du temps car sa base est de plus en plus profonde. L’isotherme s’enfonce donc car la lithosphère se refroidit en s’éloignant de la dorsale.

En effet, il existe un flux thermique entre la lithosphère et l’eau de mer (flèches bleues ci-contre). Ce flux est très élevé au niveau de la dorsale (forte dissipation d’énergie par convection), puis décroît de part et d’autre de la dorsale (dissipation d’énergie par conduction). Cette perte de chaleur entraîne donc le refroidissement de la lithosphère et donc l’enfoncement de l’isotherme 1300°C. Cela conduit bien à un épaississement de la lithosphère océanique.

Remarque : à proximité de la dorsale, les circulations hydrothermales (voir document 3 page 1) contribuent également au refroidissement de la lithosphère.

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2. En sachant que la lithosphère est constituée de la croûte océanique et du manteau lithosphérique, expliquez l’augmentation de la densité de la lithosphère océanique au cours du temps.

Densité de l’asthénosphère

Le document ci-dessus nous confirme qu’au cours du temps l’épaississement de la lithosphère se réalise uniquement par la base, donc par épaississement du manteau lithosphérique (la croûte océanique étant fabriquée uniquement au niveau de la dorsale, elle ne peut pas s’épaissir ensuite). Ainsi, au repère 1, le manteau représente 24 km sur les 30 km d’épaisseur de la lithosphère (soit 80%) mais au repère 5, le manteau représente 104 des 110 km de la lithosphère (soit 94,5%). Au cours du temps, la proportion de manteau dans la lithosphère océanique augmente donc.Or, nous apprenons que la densité du manteau lithosphérique est de 3,3 alors que celle de la croûte océanique est de 2,9.Donc, si la proportion de manteau dans la lithosphère augmente au cours du temps et que le manteau a une densité supérieure à celle de la lithosphère, alors la densité globale de la lithosphère augmente.

Remarque : nous constatons que la densité d’une lithosphère âgée d’environ 30 millions d’années devient supérieure à celle de l’asthénosphère,enveloppe située sous la lithosphère. Dans ces conditions, la lithosphère peut s’enfoncer dans l’asthénosphère. C’est une condition nécessaire à la subduction.

TD7 : l’évolution de la lithosphère océanique

Evolution de la densité et entrée possible en subduction

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3. A l’aide des documents 2, 4 et 5, indiquez les principales modifications qui affectent les gabbros et leur origine.

Au niveau des dorsales, de l’eau de mer s’infiltre dans des fractures et circulent au contact des roches de la croûte océanique. Il se produit alors des réactions entre ces liquides chauds et les roches : - certains minéraux, initialement anhydres (car ne contenant pas de groupements OH), vont subir une hydratation : c’est le cas des pyroxènes qui peuvent se transformer en amphiboles ou des olivines qui peuvent se transformer en serpentine.Remarque : ces transformations chimiques se réalisent à l’état solide. Elles sont appelées réactions métamorphiques.- certains éléments chimiques, initialement présents dans les minéraux de la croûte océanique, vont être emportés par les fluides hydrothermaux. Ils seront à l’origine des fumeurs.

Les gabbros et les basaltes initialement anhydres sont donc transformés (=métamorphisés) en métagabbros et métabasaltes, roches hydratées.Ces modifications minéralogiques auront un rôle majeur dans les phénomènes magmatiques qui se réalisent lors de la subduction.

A découvrir : Dossier Hydrothermalisme (IFREMER)