Asthénosphère
L’asthénosphère est la couche de la Terre située à une profondeur moyenne d’environ 62 mi (environ 100 km) sous la surface de la Terre. Elle a été nommée pour la première fois en 1914 par le géologue britannique Joseph Barrell, qui a divisé la structure globale de la Terre en trois grandes sections : la lithosphère , ou couche externe de matériaux rocheux, l’asthénosphère et la centrosphère , ou partie centrale de la planète . L’asthénosphère tire son nom du mot grec signifiant faible, asthenis, en raison de la nature relativement fragile des matériaux qui la composent. Elle se trouve dans la partie supérieure de la structure interne de la Terre, traditionnellement appelée le manteau. Les scientifiques n’ont pas vu l’asthénosphère de la Terre, mais son existence a un effet profond sur la planète et sur la manière dont la croûte terrestre se comporte. Pour quiconque vit près d’une frontière de plaque sur Terre, l’asthénosphère contribue puissamment aux conditions géologiques inquiétantes qui peuvent affecter la région.
Preuves de l’existence de l’asthénosphère
Les géologues sont quelque peu limités quant aux méthodes par lesquelles ils peuvent recueillir des informations sur l’intérieur de la Terre . Par exemple, ils peuvent être en mesure d’étudier les matériaux rocheux éjectés par les volcans et les coulées de lave pour obtenir des indices sur les propriétés des régions intérieures. En général, cependant, la source la plus fiable de ces informations est la façon dont les ondes sismiques sont transmises à l’intérieur de la Terre. Ces ondes peuvent être produites naturellement à la suite de mouvements terrestres, ou être générées synthétiquement au moyen d’explosions, de canons à air ou d’autres techniques.
Dans tous les cas, les études sismiques ont montré qu’un type d’ondes connu sous le nom d’ondes S ralentit considérablement lorsqu’il atteint une profondeur moyenne d’environ 62 mi (100 km) sous la surface de la Terre. Puis, à une profondeur d’environ 250 km, leur vitesse augmente à nouveau. Les géologues ont pris ces changements dans la vitesse des ondes comme des indications des limites de la région maintenant connue sous le nom d’asthénosphère.
Propriétés de l’asthénosphère
Le matériau dont l’asthénosphère est composée peut être décrit comme plastique, avec beaucoup moins de rigidité que la lithosphère au-dessus. Cette propriété est due à l’interaction de la température et de la pression sur les matériaux asthénosphériques. Toute roche fondra, bien sûr, si sa température est portée à un niveau suffisamment élevé. Cependant, le point de fusion de toute roche (ou de tout matériau) est également fonction de la pression exercée sur la roche (ou le matériau). En général, lorsque la pression est augmentée sur un matériau, son point de fusion augmente.
Les matériaux qui composent l’asthénosphère ont tendance à être légèrement plus froids que leur point de fusion. Cela leur confère une qualité semblable à celle du plastique, que l’on peut comparer au verre . Lorsque la température du matériau augmente ou que la pression exercée sur le matériau augmente, le matériau a tendance à se déformer et à couler. Si la pression exercée sur le matériau est fortement réduite, son point de fusion le sera également, et le matériau peut commencer à fondre rapidement. Le fragile équilibre entre le point de fusion et la pression dans l’asthénosphère se reflète dans l’estimation faite par certains géologues selon laquelle jusqu’à 10 % du matériau asthénosphérique pourrait être réellement fondu. Le reste est si proche d’être fondu que des changements relativement modestes de la pression ou de la température peuvent provoquer une nouvelle fusion.
En plus de la perte de pression sur l’asthénosphère, un autre facteur qui peut provoquer la fusion est une augmentation de la température. L’asthénosphère est chauffée par le contact avec les matériaux chauds qui constituent la mésosphère située sous elle. Évidemment, la température de la mésosphère n’est pas constante. Elle est plus chaude à certains endroits qu’à d’autres. Dans les régions où la mésosphère est plus chaude que la moyenne, la chaleur supplémentaire peut en fait augmenter le degré de réchauffement des matériaux asthénosphériques et une fusion plus étendue peut se produire. Les résultats d’un tel événement sont décrits ci-dessous.
L’asthénosphère dans la théorie de la tectonique des plaques
On pense maintenant que l’asthénosphère joue un rôle essentiel dans le mouvement des plaques sur la face de la surface terrestre. Selon la théorie de la tectonique des plaques, la lithosphère est constituée d’un nombre relativement faible de très grandes plaques de matériau rocheux. Ces plaques ont généralement une épaisseur d’environ 100 km et, dans la plupart des cas, une largeur de plusieurs milliers de kilomètres. On pense qu’elles sont elles-mêmes très rigides, mais qu’elles peuvent être déplacées au-dessus de l’asthénosphère. On pense que la collision des plaques entre elles, leur glissement latéral l’une devant l’autre et leur séparation l’une de l’autre sont responsables de caractéristiques et d’événements géologiques majeurs tels que les volcans, les coulées de lave, la formation de montagnes et les failles et rifts crustaux profonds.
Pour que la théorie de la tectonique des plaques ait un sens, il faut qu’il existe un mécanisme permettant la circulation des plaques. Ce mécanisme est le caractère semi-fluide de l’asthénosphère elle-même. Certains observateurs ont décrit l’asthénosphère comme « l’huile lubrifiante » qui permet le mouvement des plaques dans la lithosphère. D’autres considèrent l’asthénosphère comme la force motrice ou le moyen de transport des plaques.
Les géologues ont maintenant développé des théories pour expliquer les changements qui se produisent dans l’asthénosphère lorsque les plaques commencent à diverger ou à converger les unes vers les autres. Par exemple, supposons qu’une région de faiblesse se soit développée dans la lithosphère. Dans ce cas, la pression exercée sur l’asthénosphère sous-jacente est réduite, la fusion commence à se produire et les matériaux asthénosphériques commencent à s’écouler vers le haut. Si la lithosphère ne s’est pas réellement rompue, ces matériaux asthénosphériques se refroidissent en s’approchant de la surface de la Terre et finissent par faire partie de la lithosphère elle-même. D’autre part, supposons qu’une rupture de la lithosphère se soit réellement produite. Dans ce cas, les matériaux asthénosphériques peuvent s’échapper par cette rupture et s’écouler vers l’extérieur avant d’avoir refroidi. En fonction de la température et de la pression dans la région, cet écoulement de matière (magma) peut être assez violent, comme dans un volcan, ou plus modéré, comme dans une coulée de lave. Dans ces deux cas, les plaques crustales divergent ou s’écartent les unes des autres. La pression sur l’asthénosphère peut également être réduite dans les zones de divergence, où deux plaques se séparent l’une de l’autre. Là encore, cette réduction de la pression peut permettre aux matériaux de l’asthénosphère de commencer à fondre et à s’écouler vers le haut. Si les deux plaques superposées se sont effectivement séparées, les matériaux asthénosphériques peuvent s’écouler à travers la séparation et former une nouvelle section de lithosphère.
Dans les zones de convergence, où deux plaques se rapprochent l’une de l’autre, les matériaux asthénosphériques peuvent également être exposés à une pression accrue et commencer à s’écouler vers le bas. Dans ce cas, la plus légère des plaques en collision glisse vers le haut et sur la plus lourde des plaques, qui plonge dans l’asthénosphère. Comme le matériau lithosphérique plus lourd est plus rigide que le matériau de l’asthénosphère, ce dernier est poussé vers l’extérieur et vers le haut. Au cours de ce mouvement des plaques, le matériau de la plaque descendante est chauffé dans l’asthénosphère, la fusion se produit et les matériaux en fusion remontent vers la surface de la Terre. La formation de montagnes est le résultat de la collision des continents dans de telles situations, et de grandes chaînes de montagnes comme l’Oural, les Appalaches et l’Himalaya se sont formées de cette manière. Lorsque des plaques océaniques se rencontrent, des arcs d’îles (par exemple, le Japon ou les Aléoutiennes) se forment. De grandes fosses océaniques se forment aux endroits de convergence des plaques. Dans l’un ou l’autre des exemples cités ici, l’asthénosphère fournit de nouveaux matériaux pour remplacer les matériaux lithosphériques qui ont été déplacés par un autre mécanisme tectonique ou géologique.
Donc, que les scientifiques s’interrogent sur l’origine des chaînes de montagnes comprimées comme l’Himalaya, ou sur l’origine des grandes fosses océaniques (comme la fosse Pérou-Chili), ils tiennent également compte de l’activité de l’asthénosphère, qui maintient les plaques terrestres continuellement actives sur le plan géologique.
Voir aussi Dérive des continents ; Marge continentale ; Plateau continental ; Géologie planétaire ; Tectonique des plaques.
Ressources
livres
Press, Frank, et Raymond Sevier. Comprendre la Terre. San Francisco : Freeman, 2000.
Tarbuck, Edward. J., Frederick K. Lutgens, et Dennis Tassa, eds. Earth : Une introduction à la géologie physique, 7e éd. Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall, 2002.
Fuchs, Karl, et Claude Froidevaux. Composition, structure et dynamique du système lithosphère et asthénosphère. Washington, DC : American Geophysical Union, 1987.
David E. Newton
TERMES CLÉS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lithosphère
-Couche externe de la Terre, qui s’étend jusqu’à une profondeur d’environ 60 mi (100 km).
Magma
-Matière fondue exsudée sous la surface de la Terre, généralement constituée de matériaux rocheux riches en silicium et en oxygène.
Onde sismique
-Dérangement produit par une compression ou une distorsion sur ou dans la Terre, qui se propage à travers les matériaux terrestres ; une onde sismique peut être produite par des moyens naturels (par exemple, des tremblements de terre) ou artificiels (par exemple, des explosions).
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