1ere Spé SVT/TP/Mettre en évidence le devenir du plancher océanique

Le devenir de la Lithosphère océanique

La croute océanique au niveau de la dorsale culmine à 2000m de profondeur alors que les plaines océaniques adjacentes se trouvent à 4000m. La Lithosphère océanique semble s’enfoncer dans le manteau sous-jacent que l’on nomme l’asthénosphère.

D’où la question : lithosphère océanique s’alourdirait-elle en vieillissant ?

Dans l’asthénosphère, la péridotite a une plus forte densité que les roches de la lithosphère océanique et pourtant, dans les zones de subduction, la lithosphère océanique s’enfonce dans l’asthénosphère… d’où la question.

1-Le refroidissement de la lithosphère océanique

Au cours de son éloignement de l’axe de la dorsale, la LO s’hydrate et refroidît. Ce refroidissement se traduit par un abaissement de l’isotherme 1300°C qui représente la limite lithosphère-asthénosphère : il s’en suit un épaississement progressif de la lithosphère océanique par sa base, par adjonction d’une semelle de manteau froid.

Une colonne de lithosphère de hauteur H (voir schéma) est constituée d’une croute océanique d’épaisseur constante h_c= 5km et d’une semelle de manteau lithosphérique d’épaisseur (H-h_c) variable suivant son âge.

La masse M_L d’une colonne de lithosphère océanique, de surface égale à 1 m² est donc égale à :

M_L = p_c x h_c + p_ML (H – h_c)

Avec :

• p_c : masse volumique de la croute océanique soit 2,85.10³ kg/m³
• p_ML : masse volumique du manteau lithosphérique soit 3,3.10³ kg/m³
• h_c : épaisseur de la croute océanique, soit 5 km
• H : épaisseur totale de la lithosphère océanique soit 9,2 x (âge)^1/2

(Attention : H est exprimé en mètres et l’âge en année)

La masse M_A de la colonne d’asthénosphère sous-jacente, ayant la même surface et la même hauteur H que la colonne lithosphérique est égale à :

M_A = p_A x H

Avec :

• p_A : masse volumique de l’asthénosphère soit 3,25.10³ kg/m³

Questions :

1. Calculez l’âge et l’épaisseur d’une lithosphère océanique située à 800 kms de l’axe d’une dorsale rapide (la demi vitesse d’écartement par rapport à l’axe étant de 8 cm/an) ;
2. Calculez la masse d’une colonne de 1m² de surface de cette lithosphère océanique.
3. Comparez cette masse à celle d’une colonne d’asthénosphère sous-jacente de même épaisseur et de même surface.
4. Montrez enfin qu’une jeune lithosphère est bien en équilibre sur une asthénosphère.

2-L’équilibre de la lithosphère océanique :

La masse d’une colonne de lithosphère, de surface égale à 1 m², dépend de son âge et par conséquent, de son éloignement à l’axe de la dorsale.

Des calculs, comparables à ceux effectués dans le document 1, donnent la variation de cette masse avec l’âge de la lithosphère océanique. Dans chaque cas, cette valeur peut être comparée à la masse d’une colonne d’asthénosphère de même surface et de même épaisseur.

Age de la LO (en 106 Ma)		2	10	15	25	30	40	60
Distance à l’axe de la dorsale (en km)		160	800	1200	2000	2400	3200	4800
Épaisseur de la LO (en km)	Croute	5	5	5	5	5	5	5
	manteau	8	24	31	41	45	53	66
Masse d’une colonne de LO de surface égale à 1 m2 (en 103 tonnes)
Masse d’une colonne d’asthénosphère de même surface et de même épaisseur (en 103 tonnes)

Tableau des masses de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère

(Pour une colonne de surface égale à 1 m²)

La distance à l’axe de la dorsale, exprimée en kilomètre, est calculée pour une dorsale rapide avec une demi-vitesse d’écartement voisine de 8 cm/an.

Questions :

1. Compléter le tableau ci-dessus.
2. A partir de quel âge la lithosphère océanique devient-elle plus lourde que l’asthénosphère ?

Répondez à la question du début :

La lithosphère océanique est-elle plus lourde ou plus légère que l’asthénosphère ? Développez votre réponse.