De platetektonikk (fra latin sent tectonicus , som stammer fra de greske τεκτονικός / tektonikós , "bygge") er en vitenskapelig modell som forklarer den generelle dynamikken i litosfæren Jorden. Dette teoretiske modellen ble konstruert fra begrepet kontinentaldrift , som ble utviklet av Alfred Wegener i begynnelsen av XX th århundre. Teorien om platetektonikk ble akseptert av det internasjonale geologiske samfunnet på slutten av 1960 - tallet , i følge begrepet "dobbelthavstransportør".
Litosfæren, jordens stive ytre skall som består av skorpen og en del av den øvre kappen , er delt inn i plater, kalt tektonisk eller litosfærisk . Femten store plaketter er identifisert, og det tilsettes rundt femti mindre plaketter. Disse platene har varierte relative bevegelser, som genererer forskjellige typer grenser mellom dem: konvergerende , divergerende eller transformerende . Ved disse grensene forekommer mange geologiske fenomener, som jordskjelv , vulkansk aktivitet , dannelse av fjellkjeder og dannelse av havgraver . Hastigheten til den relative bevegelsen til to naboplater varierer mellom 0 og 100 mm / år .
Tektoniske plater består av en oceanisk og / eller kontinental litosfære, preget av skorpene med de samme navnene, under hvilke den stive sonen i øvre kappe ligger.
Bevegelsen til disse platene er mulig fordi den stive litosfæren hviler på den underliggende astenosfæren , den duktile delen av den øvre kappen. Denne litosfæriske mobilisering er uttrykk for konveksjonsbevegelsene som animerer jordens kappe, en mekanisme som tillater jorden å spre sin indre varme mot overflaten.
I flere århundrer har jordvitenskapene vært dominert av fixistteorien som er basert på observasjon av den faste tilstanden til nesten hele den jordiske kloden og av den jordiske overflaten som presenterer en uforanderlig, stabil geometri.
Allerede i 1596 la Antwerpen-kartografen Abraham Ortelius i sitt arbeid Thesaurus geographicus merke til likheten i løpet av den amerikanske og afrikanske kysten. Han antar at disse kontinentene en gang ble gjenforent, og at de ble skilt etter katastrofer: flom og jordskjelv. Francis Bacon understreker også denne komplementariteten i 1620. I Corruption of the Big and Small World (1668) bekrefter far François Placet at separasjonen av Amerika fra resten av kontinentene skjedde under den universelle flommen . I 1756 oppdaget den tyske teologen Theodor Christoph Lilienthal (de) den bibelske bekreftelsen av denne separasjonen ved med liten sannsynlighet å tolke et avsnitt fra 1. Mosebok .
XIX th århundreDet siste trinnet mot en sann teori om kontinentaldrift returnerte i 1858 til geografen Antonio Snider-Pellegrini i sin memoar med tittelen The Creation and its mysteries unveiled . Det gir et første utkast til en rasjonell forklaring av komplementariteten til kysten av Europa og Nord-Amerika med likheten med den fossile floraen av karbon i disse to kontinentene. For Snider ville en primitiv blokk med smeltet stein bare ha okkupert ett overflate av jorden, og deretter avkjølt, ville ha brutt opp og skapt Atlanterhavet som skiller de to kontinentene. disse ville da ha beveget seg på jordens overflate. Imidlertid påkaller Snider, en troende på kristen ortodoksi, fortsatt teorien om katastrofisme for å tilskrive fenomenet avkjøling til flommen .
Vitenskapsmenn, full av teorien om uniformitarianisme som har dukket opp i slutten av XIX th århundre gård fortsatt tro på bærekraften i hav og kontinenter. Imidlertid har noen mobilister (tilhengere av mobilistteorien som anser at viktige horisontale bevegelser animerer jorden) uttrykt seg.
Frem til begynnelsen av XX th århundre, vertikal mobilitet av land tillatt (fra observasjon av jordskjelv, vulkaner trening), men ikke horisontal mobilitet.
Fixistteorien forblir imidlertid dominerende, og bare vertikale forskyvninger blir fortsatt forklart. Geolog Léonce Élie de Beaumont utvikler hypotesen om "løftesystemer" for å forklare orogeni . På slutten av XIX - tallet erstatter Eduard Suess antagelsen om "opprør" av den "nedsenking" tilhenger av teorien om sammentrekning av jorden, han foreslo at fjellene er et resultat av bretter mens havene kommer fra sammenbrudd av landbroer . Imidlertid gjør flere begrensninger (bimodal fordeling av høyder, nesten konstant tyngdekraft på jordens overflate) at disse fixistmodellene ikke fungerer.
XX - talletGeologen Frank Bursley Taylor formulerte i 1908, i en kommunikasjon til American Geological Society , den kontinentale drifthypotesen, basert på det faktum at vi finner fjellkjeder på de kontinentale marginene overfor Atlanterhavskysten, som Rockies i Nord-Amerika og Andesfjellene. i Sør-Amerika. Disse kjedene ville ha blitt dannet av en rammende effekt forårsaket av kontinentaldrift.
de 6. januar 1912, presenterte den tyske meteorologen Alfred Wegener , tilsynelatende uten å kjenne arbeidet til Taylor, til Geological Society of Frankfurt am Main en sammenhengende og argumenterte presentasjon av teorien om kontinentaldrift , med flere elementer av demonstrasjon, som forklarer hvorfor forfatterskapet til denne teorien tilskrives ham. For ham brøt et superkontinent , Pangea (et ord dannet av to greske navn, Pan og gê, hele jorden ) opp i begynnelsen av sekundærtiden , noe som førte til åpningen av Nord-Atlanteren og separasjonen av Antarktis, deretter åpning av Sør-Atlanteren. Siden denne tiden ville de kontinentale massene som følge av denne fragmenteringen drive på overflaten av jorden, som flåter. Wegener publiserte et verk i 1915, Genesis of the oceans and continents: teorier om kontinentale oversettelser , der han spesifiserte de mange bevisene han var basert på: morfologiske bevis (sammenkobling av formene på kontinentene, for eksempel det nordøstlige hornet i Brasil og bunnen av Guineabukta), stratigrafisk (stratigrafisk kontinuitet mellom Afrika og Sør-Amerika som resulterer i eksistensen av kratoner laget av tonalitter eller skjold fra paleozoikum ), paleoklimatisk (eksistensen av strippede småstein som stammer fra primær i Sør-Afrika og Sør-Amerika, som vitner om at de to kontinentene gjennomgikk samme ispåvirkning i løpet av den paleozoiske æra) og paleontologisk (samme flora og fauna av den primære, blant dem mesosaurene , cygnonatus og glossopteris , en slags paleozoisk frøbregne).
Denne intuisjonen, men støttet av overbevisende tverrfaglige argumenter, blir avvist av en god del av det vitenskapelige samfunnet ( Du Rietz (de) , Ludwig Diels eller Harold Jeffreys ) og finner få støttespillere, som René Jeannel . Wegener mislykkes faktisk i sin kinematiske teori (en mobilistisk teori som er mer beskrivende enn kausal) for å gi en sannsynlig årsak til denne drift. Han tror at den kontinentale skorpen alene beveger seg og glir direkte "inn i" eller "på overflaten av" havskorpen . Men i denne teoretiske visjonen som fremdeles er preget av en viss fixisme (Wegeners kontinentaldrift er først og fremst en teori om kontinentenes varighet), kjennetegnes driften av dannelsen av gapende hull. Wegener foreslår som forklaring beite på kontinentene på havbunnen for å forklare drift. Videre er hypotesen om "flåter" av sial som flyter på den viskøse simaen ikke akseptabel fordi seismogrammene viser at simaen er solid. Til slutt er kreftene som Wegener forestiller seg (sentrifugalkreftene til polflykten , Eötvös kraft , tidevannseffekt ) for å få kontinentene til å drive, for svake til å overvinne deres stivhet.
Jordens mekanismer og indre morfologi er på dette tidspunktet fortsatt ukjent for en sannsynlig tolkning av driften. Videre anser geologer implisitt at havbunnen har en natur som er identisk med kontinentene.
Jean Goguel publiserte i 1942 sin introduksjon til den mekaniske studien av deformasjonene av jordskorpen ; i 1952 ga han ut sin Traite de tectonique . Hypotesen om konveksjonsbevegelser i kappen, fremsatt av Arthur Holmes i 1945, tilbyr en sannsynlig motor for disse bevegelsene på kontinentene.
Den amerikanske geologen Harry Hess er avhengig av nye vitenskapelige data (kart over havbunnen med bevis på rifter og havgraver , varmestrøm og kart over havbunnens alder) for å utvikle en ny vitenskapelig modell i 1962 , utvidelsen av havet gulv , også kalt hypotese med dobbelt transportbånd . Hess foreslår at havskorpen , skapt på nivået av ryggene av oppdrag og begravet på nivået av havgrøftene ved nedtrekk (fenomenet subduksjon ), resirkuleres kontinuerlig mens den kontinentale skorpen på grunn av sin letthet er dømt til. drift på jordens overflate.
Den doble transportbåndhypotesen markerer en sann revolusjon innen jordvitenskap og foredler Wegeners primitive konsept med kontinentaldrift . Sistnevnte gjør kontinentale blokker (dannet av kontinental skorpe ) til motoren for kontinentaldrift mens de mister denne rollen til fordel for havene ifølge Hess. For sistnevnte er kontinentene innlemmet i litosfæren som trebiter i havisen og blir passivt dratt med havets åpninger og stengninger.
Ulike observasjoner gjør det mulig å verifisere hypotesen om havutvidelse .
I 1958 og 1961 markerer oseanograferne Ron G. Mason (in) og Arthur D. Raff bånd av magnetiske anomalier symmetriske med hensyn til aksen til havryggene, korrelert med fenomenene inversjon av jordens magnetfelt . Den geofysiker Drummond Matthews (en) og hans elev Fredrik Vine (en) tolker denne ordningen kallenavnet "zebra skin" som bekreftelse på Hess hypotese: Tilveksten av mantelen materialet på nivået av rifter og drift av havbunnsskorpe bæres av underliggende kappe som fungerer som et transportbånd på hver side av splittet, er opprinnelsen til dette karakteristiske arrangementet.
Fra da av ble den syntetiske teorien om platetektonikk satt opp, noe som ga en global forklaring på havutvidelsen og seismisiteten til sonene i havgravene ved å modellere den relative bevegelsen av tektoniske plater på den jordiske sfæren. I 1965 utviklet geofysikeren Tuzo Wilson konseptet med å transformere feil , som tillot ham å kutte jordoverflaten til en mosaikk av plater (som han kalte " litosfæriske plater ") i bevegelse i forhold til hverandre. I 1967 beskriver Dan Peter McKenzie motoren til denne tektonikken, kappekonveksjonen , og med sin kollega Parker begrenset modellen med geometriske problemer knyttet til bevegelser på en sfære . William Jason Morgan foreslo i 1968 at terrestrisk tektonikk kan modelleres av et redusert antall tektoniske plater (seks store stive blokker og tolv mindre). Samme år foreslo den franske geodynamikeren Xavier Le Pichon en modell bestående av seks plater og viste sine relative bevegelser i 120 millioner år. Til slutt klarer Jack Oliver og hans student Bryan Isacks å forklare seismisitet over hele kloden ved hjelp av platetektonikkmodellen, som til slutt overbeviser flertallet av forskere om å avvise fixistparadigmet og omfavne den splitter nye teorien.
Under presentasjonen av teorien om platetektonikk i 1968, skilte Le Pichon ut seks viktigste litosfæriske plater :
I tillegg til disse store plakettene, har mer detaljerte studier ført til identifisering av en rekke sekundære plaketter av mindre betydning. Faktisk er grensene for platene ikke alltid godt definert, og man snakker om grensen til en “diffus” plate.
Forskning identifiserer femten hovedplakk i 2015.
I 2016 utførte de numeriske simuleringene utført av Mallard et al. viser at de tektoniske platene er femti-tre: syv store plater (Nord-Amerika, Sør-Amerika, Afrika, Eurasia, Stillehavet, Australia og Antarktis), som dekker 94% av jordoverflaten, mellom hvilke det er 46 små komplementære plater .
Det er nå akseptert at tektoniske plater bæres av bevegelsene til den underliggende astenosfæriske kappen , og gjennomgår interaksjoner, hvis tre hovedtyper er divergens, konvergens og glidning. Disse tre typer interaksjoner er knyttet til de tre største familiene av feil :
En sone med "divergens" som vises i en kontinental skorpe fører forbigående til dannelse av en rift .
En aktiv rift i den kontinentale sonen kan ikke være en langvarig situasjon, fordi separasjonen av de to kantene av den kontinentale skorpen skaper et tomrom som vil bli fylt av havskorpen, og til slutt skape et nytt hav.
Det mest kjente eksemplet på kontinentaldivergens er Great Rift Valley i Afrika , som skiller den afrikanske platen fra den somaliske platen , som strekker seg inn i den allerede stort sett nedsenket Rødehavssprederen , som skiller den afrikanske platen fra den arabiske platen .
Når de kontinentale skorpene har separert seg tilstrekkelig, er divergenssonen funnet i havmiljøet, og skiller to overflater som består av havskorpe . En slik sone med havdivergens trekker to plater fra hverandre, kombinert med en økning av kappen mellom dem, slik at kontinuerlig dannelse av havskorpe dannes . Deres divergerende grense tilsvarer en hav- eller åskam , et sted for opprettelse av oseanisk litosfære og scene for intens vulkanisme .
Bortsett fra grensene, er platene stive, med fast geometri: hvis det er områder med divergens som skaper jordoverflaten, er det nødvendigvis også konvergensområder der jordoverflaten kan forsvinne. Områder med divergens er derfor nødvendigvis ledsaget av områder av konvergens.
Konvergenssonene er den viktigste kilden til orogenese . Dannelsen av kontinentale fjell fra konvergenssoner er en firetaktsmekanisme.
En konvergenssone som involverer to oseaniske skorper fører til at den ene dykker under den andre, i en subduuksjonsbevegelse . Den nedre platen synker ned i en oseanisk grøft , og på kanten av den øvre platen danner en vulkansk bue . Dette er situasjonen til Mariana Trench , eller Kuril Islands . I denne typen konvergens forkorter den nedre platen, og den øvre platen forblir stabil.
Dersom havbunnsskorpe av den nedre plate er forlenget med en kontinentalskorpen , oppføring av den sistnevnte inn i den dyphavsgrop midlertidig føre til en obduction situasjon : den øvre havbunnsskorpe passerer over det nederste kontinentalskorpen. Denne situasjonen er forbigående, fordi den kontinentale skorpen, mindre tett, ikke kan synke og blokkerer konvergensbevegelsen. Hvis konvergensen fortsetter, er det den kontinentale skorpen (mindre tett, d = 2,7 ), muligens overlappet av bergarter av oceanisk opprinnelse, som vil ta over, og havskorpen (den tetteste, d = 3, 2 ) vil i sin tur stupe inn i en omvendt subduksjonsbevegelse , noe som fører til en aktiv kontinentalmargin , eller konvergensmargin .
En aktiv kontinentalmargin er en konvergenssone som bringer en øvre kontinentale skorpe i kontakt med en havskorpe som stuper under den i en subduksjonsgrøft . Vestkysten av Sør-Amerika er et eksempel. Subduksjonen av en plate under en annen har mange konsekvenser, for eksempel andesittisk (eller eksplosiv eller grå vulkan) vulkanisme, mange jordskjelv og spesielt dannelse av folder og feil.
Til slutt, hvis konvergensen langs en aktiv kontinentalmargin har fortært hele havskorpen , fører det til en kollisjonssone , der to kontinentale skorper møtes. Motoren til subduksjonsmekanismen sitter fast. Det er ikke kraftig nok til å kaste en av platene inn i astenosfæren på grunn av deres lave tetthet. De to platene er sveiset sammen for å danne en. Dette er spesielt tilfelle med Himalaya-området , på grensen mellom den indiske platen og den eurasiske platen ; dette møtet skjedde for 65 millioner år siden takket være migrasjonen av det indiske kontinentet. Eksempler på kollisjonskjeder er Alpene og Atlas- områdene. Det skal bemerkes at under kollisjonen transporteres sedimentmaterialet oppover for å danne fjellkjeder der steinene er brettet og forkastet.
Kollisjonen fører til dannelsen av stadig viktigere landmasser. John Tuzo Wilson viste at kontinenter vokser i en Wilson-syklus , en serie kvasi-periodiske stadier der de tektoniske platene av jordskorpen sprer seg og deretter samler seg.
Den "glidende" eller "transcurrence" sies om horisontal glidning av to plater, en ved siden av og langs den andre. Det er en sideforskyvning av en plate mot en annen.
Fordypningen er generelt et resultat av kontinentale skorper. Under forskyvningen av denne feilen oppstår veldig voldsomme jordskjelv på grunn av grov friksjon langs tykke og ikke veldig rettlinjede feil. The San Andreas-forkastningen i California og Nord anatoliske Feil i Tyrkia er to eksempler.
Som angitt ovenfor, dannes en havrygg alltid av segmenter av divergens, atskilt med transformerende feil; Imidlertid produserer disse havtransformasjonsfeilene knyttet til åsene knapt jordskjelv, de er veldig rettlinjede og over tynne områder med havskorpe.
Transformerende tilbakeslagssoner kan også assosieres med grensen mellom havplater og kontinentale plater, som for den karibiske platen og Scotiaplaten .
Jorden har betydelig varme på grunn av radioaktivitet (forfall av kalium , uran og thorium ) og varmen fra den første akkretjonen. Den avkjøles ved å evakuere varme fra overflaten. For dette er tre mekanismer kjent: termisk ledning , konveksjon og strålingsoverføring . På nivået med jordens kappe evakueres det meste av varmestrømmen ved å sette steinene i bevegelse. Det er denne mantelkonveksjonen som er motoren til platetektonikk. Konveksjon induseres av tilstedeværelsen av varmt materiale (derfor mindre tett) under mindre varmt materiale (derfor mer tett). Disse bevegelsene er veldig langsomme (i størrelsesorden 1 til 13 cm / år ) og favoriseres av smøring av sjøvann og sedimenter som reduserer friksjonen mellom platene.
Inntil nylig anså geologer den mekaniske koblingen mellom astenosfæren og litosfærebevegelsene som den viktigste driveren for platetektonikk. Betydningen av denne koblingen mellom litosfæren (stiv og sprø) og astenosfæren (underliggende duktil og deformerbar kappe) blir satt i tvil. Opprinnelsen til kraften som gjør platene mobile blir diskutert:
Disse mulighetene er ikke eksklusive, men de relative bidragene i bevegelsen er mye diskutert og avhenger av studiene, spesielt rollen til koblingen mellom litosfæren og astenosfæren, ansett som viktig til i 1990 er sterkt spørsmålstegn ved.
I 2019 fant en 3D-simulering av global tektonikk over 1,5 Ma de viktigste kjennetegnene: 10 km høye fjellrelieffer, dybder 15 km dybde, subduksjon og ryggsoner, superkontinenters utseende og forsvinning, platehastighet på noen få centimeter per år, og realistisk overflatevarmestrøm. Beregninger indikerer at siden minst 500 Ma , to tredjedeler av jordoverflaten beveger seg raskere enn den underliggende kappen (150 km dyp), og at rollene er omvendt på den gjenværende tredjedelen: i de fleste tilfeller motsetter kappen seg. bevegelsen av platen (årsaken til denne forskyvningen ligger derfor på overflaten, i subduksjonssonene som trekker hele platen), og i en tredjedel av tilfellene c tvert imot, skyver kappen overflaten med seg ( og det er derfor de dype strømmer som er ansvarlige for platens bevegelse).
Mens de eldste sporene av platetektonikk dateres tilbake til 2,5 Ga (milliarder år), spores et internasjonalt team av geofaglige forskere i 2007 denne tektonikken til 3,8 Ga i begynnelsen av Archean . Analysen av inneslutninger i diamanter av greenesteinsbeltet Isua (in) avslørte tilstedeværelsen av eklogitt som er karakteristisk for subduksjon av en havplate. En digital modell av platetektonikk i to dimensjoner antyder at rundt 4 Ga begynner å danne tektoniske plater, og at tektonikken generaliserte en Ga senere: nedadgående bevegelser av astenosfæren strekker bergartene til manteldelen av litosfæren og deformerer kornstørrelsen til peridotitten utgjør denne delen, som svekker den over en periode på ca 10 Ma (millioner av år). Mantelkonveksjon som beveger seg over tid, svekkede områder som ikke lenger er utsatt for deformasjon, ser mineralene deres vokse, noe som "helbreder" litosfæren over en periode på en gang. I 2016 antyder termomekanisk modellering at dette er fjærene som ved å bryte jordens skorpe , dannet de første platene.
Det er sannsynlig at jordens geologiske aktivitet manifesterte seg på veldig forskjellige måter under Hadean og Archean , og sannsynlig at den nåværende mekanismen for platetektonikk ikke fant sted før Paleoproterozoic (- 2,5 til -1,6 Ga ). Funnet av 2,1 Ga gamle eklogitter i Kasai- blokken ( Congo craton ) indikerer at etableringen av platetektonikk er minst før denne datoen.
Oppdagelsen i 2016 og 2018 av et overskudd av vann i glasslegemet inneslutninger av komatiites fra Canada og Zimbabwe , alder 2,7 Ga , vitner om eksistensen av hydratiserte mantel reservoarer i Neoarchean (-2,8 til -2,5 Ga ). Studien fra 2019 av D / H- forholdet i disse inneslutningene bekrefter at dette vannet kommer fra overflaten, sannsynligvis ført inn i mantelovergangssonen ved dehydrering av havskorpen på subdukserte plater . Den samme studien oppnådde lignende resultater (også med et overskudd av klor og uttømming av bly ) i smelteinneslutninger Komatiitic av greenstone-beltet i Barberton (in) ( Sør-Afrika ), gamle 3,3 Ga . Disse resultatene sporer således begynnelsen på platetektonikk til Paleoarchean (-3,6 til -3,2 Ga ).
Animasjonen ovenfor viser forvridningen av Pangea siden trias . Først skiller dette superkontinentet seg ut i Laurasia og Gondwana . Laurasia er fragmentert i Nord-Amerika og Grønland på den ene siden og Eurasia på den andre siden, mens New Zealand, India, deretter Australia-Ny-Guinea-blokken suksessivt skilles fra Gondwana, før dette kontinentet ikke deles mellom Sør-Amerika, Afrika og Antarktis. Denne forvridningen resulterer i en rekomposisjon av kontinentene siden for eksempel India smelter sammen med Eurasia, etterfulgt av Afrika og Ny-Guinea.
Denne vekslingen av forvridning og rekomponering har skjedd flere ganger i løpet av geologisk tid.
Denne generelle historien tar ikke hensyn til inngripen fra de forskjellige terranene , som Avalonia , fra Pannotia, som deltok i dannelsen av Laurussia .
Varmen fra jorden evakueres ikke på samme måte avhengig av om kontinentene er gruppert i ett eller om de er spredt slik det er tilfelle i dag, og avhengig av deres posisjon (som påvirker deres albedo , mer tydelig i polarsonen for eksempel ). Terrengbaserte fjellkjeder eller ubåter endrer henholdsvis sirkulasjonen av fuktige luftmasser og havstrømmer . Et superkontinent danner et "varmeskjold" som forandrer måten varme forsvinner på. Det vil nødvendigvis bryte opp i flere fragmenter. Dette vil markere starten på en ny Wilson-syklus oppkalt til ære for John Tuzo Wilson (1908-1993), en kanadisk geofysiker, som var den første som antar denne periodiske samlingen av kontinentene.
Den pågående nedleggelsen av Stillehavet forventes å føre til dannelsen av et nytt superkontinent , kalt Amasia ( "Amasia" ) av Paul F. Hoffman i 1992. Amasia kan dannes innen hundre millioner år, være sentrert på Nordpolen. og forbli atskilt fra Antarktis .