La structure de la Terre

[invite57cecb71]

Bonjour, y a des trucs que je ne suis pas sûr. Si vous pouviez m'éclairer s'il vous plaît:

- la croute terrestre fait 7k?
- le manteau supérieur fait environ 700km?
- la lithosphère comprend la croute terrestre et une partie du manteau supérieur? (combien mesure-t-elle?)
- l'asthénosphère mesure combien? (c'est le manteau supérieur - la lithosphère?)

La discontinuité de Mohorovic:
- c'est une discontinuité physique? (si oui de quel état à quel état?) ou chimique?
- elle fait partie de la lithosphère ou l'asténosphère?

La LVZ:
- c'est une discontinuité physique ou chimique?
- elle fait partie de la lithosphère ou l'asténosphère?

Ces deux discontinuité ont été dévoilées par une différence flagrante de la vitesse de propagation des ondes sismiques. Mais ce qui est bizarre c'est que d'une part on utilise le fait que la vitesse de propagation des ondes augmente brutalement pour montrer qu'il y a une discontinuité (LVZ ou Mohorovic) physique, mais d'une autre part on dit que l'augmentation de la vitesse de propagation des ondes sismiques se fait de façon progressive et donc qu'il n'y a pas de discontinuité au niveau de la composition chimique de la Terre qui est alors composée de péridotites (seules la température et la pression premettent d'expliquer cette "augmentation progressive" de la vitesse de propagation des ondes. Y a-t-il une augmentation brutale de la vitesse de propagation des ondes ou non?
-----

[invite772cf17c]

Bonjour, y a des trucs que je ne suis pas sûr. Si vous pouviez m'éclairer s'il vous plaît:

- la croute terrestre fait 7k?
- le manteau supérieur fait environ 700km?
- la lithosphère comprend la croute terrestre et une partie du manteau supérieur? (combien mesure-t-elle?)
- l'asthénosphère mesure combien? (c'est le manteau supérieur - la lithosphère?)

La croûte fait entre 0 et 100km selon les endroits. 7km, c'est une moyenne pour la croûte océanique. A certains endroits, le manteau affleure (dans l'atlantique par exemple) et il n'y a alors même pas de croûte. La croûte océanique fait dans les 30km de moyenne, mais ca peut tomber à quelques km dans des contextes de rifting (Afar, massif central et fossé rhénan à moindre mesure) ou monter à une centaine de km (sous les chaînes de montagnes récentes, comme les alpes ou l'Himalaya).

Le manteau supérieur fait dans les 650 km d'épaisseur (limite à 670km en moyenne, et si on enlève l'épaisseur de la croute, on tombe sur 650km d'épaisseur, mais en réalité c'est très variable)

L'asténosphère est bien le manteau supérieur moins le manteau lithosphérique. Il va donc en moyenne de 200km à 670km de profondeur.

La discontinuité de Mohorovic:
- c'est une discontinuité physique? (si oui de quel état à quel état?) ou chimique?
- elle fait partie de la lithosphère ou l'asténosphère?

Le moho est une discontinuité chimique et parfois physique : 1. on passe d'une composition basaltique (croûte océanique) ou gneisso-granitique (croûte continentale) à une composition péridotitique (manteau), et 2. la rhéologie est différente, pour le domaine continental en tout cas : la croûte continentale inférieure est ductile, alors que le manteau lithosphérique supérieur est cassant.

Le moho fait partie de la lithosphère, puisqu'il est la limite croûte-manteau, et que la lithosphère regroupe l'ensemble de la croûte et une partie du manteau sous-jacent.

La LVZ:
- c'est une discontinuité physique ou chimique?
- elle fait partie de la lithosphère ou l'asténosphère?

La LVZ n'est pas à proprement parler une discontinuité, c'est une zone d'épaisseur importante (une centaine de km) dans laquelle la vitesse des ondes en plus faible qu'ailleurs. Il n'y a pas de changement significatif de la composition chimique, mais les conditions de pression et température font que cette zone est la zone du manteau la plus proche du point de fusion de la péridotite, sans pour autant qu'on atteigne le solidus. Cette zone est donc particulièrement ductile.

Elle est précisément la zone limite entre lithosphère et asthénosphère. Comme quoi, les enveloppes ne sont pas définies au km près, mais leur limite est floue.

Ces deux discontinuité ont été dévoilées par une différence flagrante de la vitesse de propagation des ondes sismiques. Mais ce qui est bizarre c'est que d'une part on utilise le fait que la vitesse de propagation des ondes augmente brutalement pour montrer qu'il y a une discontinuité (LVZ ou Mohorovic) physique, mais d'une autre part on dit que l'augmentation de la vitesse de propagation des ondes sismiques se fait de façon progressive et donc qu'il n'y a pas de discontinuité au niveau de la composition chimique de la Terre qui est alors composée de péridotites (seules la température et la pression premettent d'expliquer cette "augmentation progressive" de la vitesse de propagation des ondes. Y a-t-il une augmentation brutale de la vitesse de propagation des ondes ou non?

Le moho est en théorie une discontinuité franche : on passe de la croûte au manteau. Dans les faits, on a forcément un peu de mélange à l'interface : on n'a pas une belle ligne parfaitement horizontale avec du granite d'un côté, et 1cm plus loin de la péridotite. Mais globalement, la vitesse augmente au passage du moho.

Pour la LVZ, comme ca n'est absolument pas une discontinuité, mais une zone épaisse, la vitesse diminue progressivement jusqu'à un minimum, et toute la zone où la vitesse est plus faible qu'ailleurs est la LVZ. Attention, dans la LVZ (Low Velocity Zone), la vitesse diminue.

Josquin

[Tawahi-Kiwi]

on dit que l'augmentation de la vitesse de propagation des ondes sismiques se fait de façon progressive et donc qu'il n'y a pas de discontinuité au niveau de la composition chimique de la Terre qui est alors composée de péridotites (seules la température et la pression premettent d'expliquer cette "augmentation progressive" de la vitesse de propagation des ondes. Y a-t-il une augmentation brutale de la vitesse de propagation des ondes ou non?

Il y a une discontinuite chimique majeure sur la Terre, c'est le passage de la croute au manteau (et tout ce qui a au dessus, qui est tres discontinu egalement). En dessous, il y a une variation de composition dans les premiers kilometres. Plus bas, grosso-modo, la composition chimique ne change plus. Seules les proprietes physiques changent.

Au niveau de la LVZ, la peridotite, comme Josquin l'a dit, est plus ductile. Cependant, la structure cristalline des mineraux devient de plus en plus compacte, en consequence, au niveau global (sans prendre en compte la LVZ), la vitesse des ondes sismiques augmente.

Plus bas que la LVZ, il existe des discontinuites du aux transitions olivine-wadsleyite (400km), wadsleyite-ringwoodite (520km) et ringwoodite-magnesiowustite (670km) qui correspond a la generalisation de la structure perovskite (cubique). Ce sont des transitions de phase, donc purement physiques, peu de changements chimiques interviennent a ces niveaux la. Comme ces transitions de phases donnent des mineraux de plus en plus compacts, il y a une discontinuite avec augmentation brutale de la vitesse de propagation des ondes sismiques.


Source : Sebastien Merkel, Univ. Lille
http://merkel.zoneo.net/Olivine/index.php?lang=fr

----

Pour ce qui suit, mes remarques sont sans importance pour les "non-connaisseurs" (comprendre etudiants non universitaires, qui risque d'etre plus embrouilles par la chose)

Le moho est une discontinuité chimique et parfois physique

Hmm, pas entierement d'accord avec cette definition. Le Moho est avant tout une discontinuite physique mise en evidence par les ondes sismiques. D'un point de vue chimique, c'est une supposition tres vraisemblable qu'il s'agit d'une transition chimique, cependant, j'ai un vague souvenir d'un article qui montrait que Moho et discontinuite chimique peuvent etre dissocie, et que le Moho sismique correspondait a une changement legerement plus bas, mais clairement dans le "manteau". De quoi il peut s'agir, ca c'est evidemment ce qu'on voudrait savoir.
Lorsque l'on observe des affleurements ou la croute est en contact avec le manteau, on parle souvent de paleo-moho, mais il s'agit plus d'un abus de langage qu'autre chose. Pour etre honnete, on utilise plutot CMT, Crust-Mantle Transition. Cela dit, il s'agit d'un detail.

Il n'y a pas de changement significatif de la composition chimique, mais les conditions de pression et température font que cette zone est la zone du manteau la plus proche du point de fusion de la péridotite, sans pour autant qu'on atteigne le solidus. Cette zone est donc particulièrement ductile.

En fait, la question du solidus est beaucoup plus complexe qu'il n'y parait. Quand on utilise des olivines naturelles en petrologie experimentale, a des temperatures aux environs de 800*C, une phase liquide apparait. On est pourtant des centaines de degres en dessous du solidus de l'olivine. Cette phase liquide, qui a une composition modale de 0.01% ou moins de la charge initiale, est un liquide riche en bore, sodium, lithium etc...des elements en traces qui vont diffuser hors de l'olivine lorsque les temperatures sont suffisamment elevees.

C'est peut etre ce qui se passe dans la LVZ, a vrai dire, je ne m'etais jamais pose la question. Une fraction mineure de la peridotite forme des films de fusion a l'interface des grains, entrainant une ductilite beaucoup plus grande de la peridotite.

on n'a pas une belle ligne parfaitement horizontale avec du granite d'un côté, et 1cm plus loin de la péridotite.

beeh, ca arrive parfois...rarement

T-K

[invite772cf17c]

Hmm, pas entierement d'accord avec cette definition. Le Moho est avant tout une discontinuite physique mise en evidence par les ondes sismiques.

Tout dépend de ce qu'on appelle 'discontinuité physique'. J'avais l'impression dans le post de départ que Elys Bilys supposait qu'il y avait changement d'état. Du point de vue sismique, c'est une discontinuité bien entendu. De plus, si on a une hétérogénéité de composition chimique, il est pratiquement impossible de ne pas avoir de discontinuité sismique en même temps.

En fait, la question du solidus est beaucoup plus complexe qu'il n'y parait. Quand on utilise des olivines naturelles en petrologie experimentale, a des temperatures aux environs de 800*C, une phase liquide apparait. On est pourtant des centaines de degres en dessous du solidus de l'olivine. Cette phase liquide, qui a une composition modale de 0.01% ou moins de la charge initiale, est un liquide riche en bore, sodium, lithium etc...des elements en traces qui vont diffuser hors de l'olivine lorsque les temperatures sont suffisamment elevees.

C'est peut etre ce qui se passe dans la LVZ, a vrai dire, je ne m'etais jamais pose la question. Une fraction mineure de la peridotite forme des films de fusion a l'interface des grains, entrainant une ductilite beaucoup plus grande de la peridotite.

Sympa, cette histoire de 'fusion avant le solidus' ! jamais entendu parler. pourquoi on ne redéfinit pas le solidus, si on a quand même un peu de fusion ? est-ce que ce liquide est mobilisable, ou c'est juste un phénomène local microscopique au niveau de chaque grain ?

Josquin

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

De plus, si on a une hétérogénéité de composition chimique, il est pratiquement impossible de ne pas avoir de discontinuité sismique en même temps.

Ca, c'est pas faux

pourquoi on ne redéfinit pas le solidus, si on a quand même un peu de fusion ? est-ce que ce liquide est mobilisable, ou c'est juste un phénomène local microscopique au niveau de chaque grain ?

Hmm, oui et non, c'est pas vraiment une fusion a proprement parler puisque, dans le cas d'une olivine, on ne trouve pas de Mg et Fe dans cet epsilon de liquide. Une forsterite synthetique Mg₂SiO₄ fond a 1890*C, pas plus ou moins, ici, c'est juste que des olivines considerees comme "pures" (en l'occurence les olivines de San Carlos, Az), ne le sont pas tant que ca, et il y a un phenomene de diffusion-fusion qui apparait cause par un quelques ppb de Li et de H par ci, quelques ppb de P et de B par la.
Thermodynamiquement, ce n'est pas vraiment de la fusion s.s., j'interprete plutot cela comme une augmentation de la migration des dislocations crees par la presence d'elements en traces. Au final, ces dislocations se retrouvent a la surface des grains et une accumulation d'ions aux interfaces et jonctions triples. Le liquide n'est pas du tout mobilisable (il faut generalement quelques % de liquide silicate pour qu'un magma soit extrait). J'ai sans doute exagerer en disant 0.01% modal, c'est plus de l'ordre d'1 ppm, vu que c'est au TEM qu'on observe le mieux ce "liquide".

T-K

[invite772cf17c]

Hmm, oui et non, c'est pas vraiment une fusion a proprement parler puisque, dans le cas d'une olivine, on ne trouve pas de Mg et Fe dans cet epsilon de liquide. Une forsterite synthetique Mg₂SiO₄ fond a 1890*C, pas plus ou moins, ici, c'est juste que des olivines considerees comme "pures" (en l'occurence les olivines de San Carlos, Az), ne le sont pas tant que ca, et il y a un phenomene de diffusion-fusion qui apparait cause par un quelques ppb de Li et de H par ci, quelques ppb de P et de B par la.
Thermodynamiquement, ce n'est pas vraiment de la fusion s.s., j'interprete plutot cela comme une augmentation de la migration des dislocations crees par la presence d'elements en traces. Au final, ces dislocations se retrouvent a la surface des grains et une accumulation d'ions aux interfaces et jonctions triples. Le liquide n'est pas du tout mobilisable (il faut generalement quelques % de liquide silicate pour qu'un magma soit extrait). J'ai sans doute exagerer en disant 0.01% modal, c'est plus de l'ordre d'1 ppm, vu que c'est au TEM qu'on observe le mieux ce "liquide".

Je maintiens, je trouve ca rigolo ! ca a un nom ce phénomène ? (TEM = MET = microscope électronique à transmission ?)

[Tawahi-Kiwi]

Je maintiens, je trouve ca rigolo ! ca a un nom ce phénomène ? (TEM = MET = microscope électronique à transmission ?)

C'est vrai que c'est inattendu. Un liquide de style pegmatitique dans une roche ultramafique...ca reste original

TEM=MET, oui..anglais..., j'en finis meme par ne plus saisir les acronymes francais. Heureusement que FS est la pour me donner quelques exercices de lecture et d'ecriture de temps a autres (les accents en moins).

T-K

[invite57cecb71]

ok merci beaucoup pour vos compléments =)