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Dans le domaine de la géologie, qu’est-ce que la lithosphère ? La lithosphère est la couche externe fragile de la Terre solide. Les plaques de la tectonique des plaques sont des segments de la lithosphère. Son sommet est facile à voir – il se trouve à la surface de la Terre – mais la base de la lithosphère est en transition, ce qui constitue un domaine de recherche actif.
Flexer la lithosphère
La lithosphère n’est pas totalement rigide, mais légèrement élastique. Elle fléchit lorsque des charges sont placées sur elle ou en sont retirées. Les glaciers de l’ère glaciaire sont un type de charge. En Antarctique, par exemple, l’épaisse calotte glaciaire a poussé la lithosphère bien en dessous du niveau de la mer aujourd’hui. Au Canada et en Scandinavie, la lithosphère est encore inflexible là où les glaciers ont fondu il y a environ 10 000 ans. Voici quelques autres types de chargement :
- Construction de volcans
- Dépôt de sédiments
- Elévation du niveau de la mer
- Formation de grands lacs et de réservoirs
Voici d’autres exemples de déchargement :
- Erosion des montagnes
- Excavation de canyons et de vallées
- Assèchement des grandes masses d’eau
- Abaissement du niveau de la mer
La flexion de la lithosphère due à ces causes est relativement faible (généralement beaucoup moins d’un kilomètre [km]), mais mesurables. Nous pouvons modéliser la lithosphère à l’aide de la physique de l’ingénierie simple, comme s’il s’agissait d’une poutre métallique, et avoir une idée de son épaisseur. (Cela a été fait pour la première fois au début des années 1900.) Nous pouvons également étudier le comportement des ondes sismiques et placer la base de la lithosphère à des profondeurs où ces ondes commencent à ralentir, ce qui indique que la roche est plus tendre.
Ces modèles suggèrent que l’épaisseur de la lithosphère varie de moins de 20 kilomètres près des dorsales médio-océaniques à environ 50 kilomètres dans les anciennes régions océaniques. Sous les continents, la lithosphère est plus épaisse… d’environ 100 à 350 km.
Ces mêmes études montrent que sous la lithosphère se trouve une couche de roche solide plus chaude et plus molle appelée asthénosphère. La roche de l’asthénosphère est plus visqueuse que rigide et se déforme lentement sous l’effet du stress, comme le mastic. Par conséquent, la lithosphère peut se déplacer à travers l’asthénosphère sous les forces de la tectonique des plaques. Cela signifie également que les failles des tremblements de terre sont des fissures qui s’étendent à travers la lithosphère, mais pas au-delà.
Structure de la lithosphère
La lithosphère comprend la croûte (les roches des continents et du fond de l’océan) et la partie supérieure du manteau sous la croûte. Ces deux couches sont différentes en termes de minéralogie mais très similaires mécaniquement. Pour la plupart, elles agissent comme une seule et même plaque. Bien que beaucoup de gens parlent de « plaques crustales », il est plus exact de les appeler plaques lithosphériques.
Il semble que la lithosphère s’arrête là où la température atteint un certain niveau qui fait que la roche moyenne du manteau (péridotite) devient trop molle. Mais il y a beaucoup de complications et d’hypothèses en jeu, et nous pouvons seulement dire que la température serait d’environ 600 C à 1200 C. Beaucoup dépend de la pression ainsi que de la température, et la composition des roches varie en raison du mélange plaque tectonique. Il est probablement préférable de ne pas s’attendre à une limite définitive. Les chercheurs spécifient souvent une lithosphère thermique, mécanique ou chimique dans leurs articles.
La lithosphère océanique est très mince dans les centres d’expansion où elle se forme, mais elle s’épaissit avec le temps. En refroidissant, davantage de roche chaude de l’asthénosphère gèle sur sa face inférieure. Au cours d’environ 10 millions d’années, la lithosphère océanique devient plus dense que l’asthénosphère qui se trouve en dessous. Par conséquent, la plupart des plaques océaniques sont prêtes pour la subduction quand elle se produit.
Plier et briser la lithosphère
Les forces qui plient et brisent la lithosphère proviennent principalement de la tectonique des plaques.
Là où les plaques se heurtent, la lithosphère d’une plaque s’enfonce dans le manteau chaud. Dans ce processus de subduction, la plaque se plie vers le bas jusqu’à 90 degrés. En se courbant et en s’enfonçant, la lithosphère en subduction se fissure considérablement, déclenchant des tremblements de terre dans la dalle rocheuse descendante. Dans certains cas (comme dans le nord de la Californie), la partie subduite peut se détacher complètement, s’enfonçant dans les profondeurs de la Terre lorsque les plaques qui la recouvrent changent d’orientation. Même à de grandes profondeurs, la lithosphère subduite peut être fragile pendant des millions d’années, tant qu’elle est relativement froide.
La lithosphère continentale peut se fendre, la partie inférieure se détachant et s’enfonçant. Ce processus est appelé délaminage. La partie crustale de la lithosphère continentale est toujours moins dense que la partie manteau, qui est elle-même plus dense que l’asthénosphère sous-jacente. La gravité ou les forces de traînée de l’asthénosphère peuvent séparer les couches de la croûte et du manteau. La délamination permet au manteau chaud de s’élever et de fondre sous certaines parties d’un continent, ce qui provoque un soulèvement et un volcanisme généralisés. Des endroits comme la Sierra Nevada en Californie, l’est de la Turquie et certaines parties de la Chine sont étudiés en tenant compte de la délamination.
