Réalisation des coupes
Il fallait "réaliser une coupe au niveau d'un littoral dépourvu de fosse océanique". Une coupe en plein Sahara ou au milieu de l'océan Atlantique ne convient donc pas…
J'ai choisi un endroit de la côte Ouest de l'Australie.
Pour ne pas déformer les structures observées, le trait de coupe doit être perpendiculaire à celles-ci (pas "en biais"). On va donc réaliser une coupe perpendiculaire au littoral choisi. Le point A part de l'Océan indien et arrive au point B sur le continent.
Pour permettre une comparaison en minimisant le nombre de différences, j'ai choisi de rester dans la même "région" pour la coupe test (avec fosse). La coupe part du point A dans l'Océan indien, survole la fosse océanique en bordure de l'île volcanique de Java, survole cette île puis la Mer de Java avant d'arriver en Indonésie au point B.
Leurs longueurs sont légèrement différentes mais pas assez pour gêner leur comparaison.
Une erreur rencontrée dans les copies : une dorsale n'est pas une fosse (et inversement…), mais plutôt l'inverse pour ce qui concerne le relief : une dorsale est une "montagne" sous-marine (plus exactement un volcan fissural), une fosse est un "trou".
Résultats
- Comparer la profondeur maximale à laquelle on observe des foyers sismiques dans les deux coupes.
On n'observe aucun séisme dans la coupe témoin. D'autres coupes réalisées dans des régions dépourvues de fosses montrent que les foyers ne dépassent pas une profondeur de 100 km. Par contre, dans la coupe avec fosse, on note que des foyers à 600 km de profondeur.
- Quelle est le comportement (cassant ou ductile) des roches au niveau des foyers sismiques ?
Seule une roche "cassante"… peut casser ! Une roche ductile, lorsqu'elle est soumise à une contrainte, plie. Donc au niveau d'un foyer sismique, la roche est forcément cassante.
La fable dit "le roseau plie mais ne rompt pas"…
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En quoi la répartition des foyers sismiques au niveau d'une fosse océanique est-elle surprenante ?
Leur profondeur est surprenante, car au-delà de 100 km les roches ne sont plus cassantes mais ductiles, du fait de la température élevée (plus de 1300 °C).
D'autre part, ces foyers sont alignés. Cet alignement n'est très probablement pas dû au hasard.
Ils sont alignés sur la coupe mais en fait coplanaires en réalité c'est-à-dire qu'ils peuvent tous être inclus sur un même plan nommé plan de Wadati-Benioff. Cliquer sur la coupe test ci-dessus pour afficher ce plan.
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Mettre en relation la coupe tomographique avec la localisation des séismes sur le plan de Wadati-Benioff pour répondre à la question posée.
Les ondes sismiques sont plus rapides au-dessus de 300 km qu'au-dessous dans une région dépourvue de fosse océanique. Ceci tient à la rigidité des matériaux (qui dépend elle-même de la température), et c'est ce qui a permis de distinguer la lithosphère superficielle (dans laquelle les roches sont cassantes car froides et donc où des séismes peuvent avoir lieu) de l'asthénosphère profonde (dans laquelle les roches sont ductiles car chaudes et donc où des séismes ne peuvent pas avoir lieu).
Dans une région pourvue de fosse océanique, l'anomalie de vitesse positive de la lithosphère se prolonge par une bande d'égale épaisseur, débutant au niveau de la fosse et s'enfonçant sous l'arc volcanique. Cette zone est donc plus froide qu'elle ne l'est "normalement" (c'est une anomalie de température négative).
D'autre part, cette même zone froide correspond à la zone où des foyers de séismes sont observés (le plan de Benioff - cliquer sur la coupe test ci-dessus pour l'afficher).
En conclusion, on peut ainsi relier ces différents faits d'observation :
- les foyers des séismes indiquent que la roche est cassante ;
- une roche n'est cassante que si sa température est suffisamment basse (inférieure à 1300 °C) ;
- une roche n'est normalement froide qu'en surface (du fait de l'élévation progressive de la température avec la profondeur - voir l'activité 3) ;
- l'enveloppe où des séismes peuvent avoir lieu est donc la lithosphère ;
- les foyers à plus de 100 km de profondeur montrent donc que les roches sont froides, donc qu'elles proviennent de la surface : c'est la lithosphère qui s'est enfoncée dans l'asthénosphère ;
- ce "plongeon" d'une plaque lithosphérique s'appelle la subduction.
- le "plan de Wadati-Benioff" correspond à la partie superficielle de cette plaque plongeante, la plus froide et donc la plus rigide et la plus soumise à des contraintes, donc où les séismes sont les plus nombreux.
