Lithosphère et Rhéologie

La lithosphère est l'enveloppe externe froide et rigide de la Terre qui se comporte de manière rigide sur les temps géologiques, et sa rhéologie, définissant où la roche est cassante, élastique ou ductile, contrôle la manière dont les plaques fléchissent, se fracturent et se déforment.

Definition

La lithosphère est la couche externe relativement froide et rigide de la Terre, comprenant la croûte et le manteau supérieur, qui se comporte de manière rigide ou élastique sur les temps géologiques ; sa rhéologie décrit comment sa roche se déforme, allant de la rupture fragile près de la surface au fluage ductile en profondeur.

Scope

Ce sujet couvre la lithosphère en tant que couche limite thermique et mécanique et la rhéologie qui lui confère sa résistance : sa définition par la température et le refroidissement des plaques océaniques avec l'âge, la réponse élastique et flexurale aux charges, et la transition cassant-ductile avec la profondeur. Il traite des enveloppes de résistance à la rupture, de la distinction entre la lithosphère thermique, sismique et élastique, et des mécanismes de déformation qui déterminent sa résistance. L'accent est mis sur la résistance et le comportement mécanique de la Terre externe qui rendent la tectonique des plaques possible.

Core questions

• Comment la lithosphère est-elle définie thermiquement, sismiquement et mécaniquement ?
• Comment la lithosphère océanique s'épaissit-elle et s'affaisse-t-elle à mesure qu'elle se refroidit et vieillit ?
• Qu'est-ce que la transition cassant-ductile, et comment la résistance varie-t-elle avec la profondeur ?
• Comment la résistance lithosphérique contrôle-t-elle la flexion et le support des charges ?

Key concepts

• La lithosphère en tant que couche limite thermique
• Refroidissement et subsidence de la lithosphère océanique
• Transition cassant-ductile et enveloppe de résistance à la rupture
• Rigidité élastique et flexurale
• Lithosphère thermique, sismique et élastique

Key theories

Couche limite thermique de refroidissement

La lithosphère océanique est la couche limite thermique supérieure froide de la convection mantellique ; à mesure qu'elle s'éloigne d'une dorsale, elle se refroidit, s'épaissit et s'affaisse de manière prévisible, la profondeur du fond marin augmentant avec la racine carrée de l'âge.

Enveloppe de résistance à la rupture

La résistance de la lithosphère en fonction de la profondeur est limitée par la rupture fragile par frottement dans la partie supérieure froide et le fluage ductile en profondeur, définissant une enveloppe de résistance à la rupture qui détermine son épaisseur élastique effective et la manière dont elle supporte les charges.

Mechanisms

Étant donné que la résistance des roches dépend fortement de la température, la partie supérieure froide de la Terre résiste à l'écoulement et se comporte comme une plaque cohérente ; près de la surface, la déformation est fragile, contrôlée par le frottement sur les failles, tandis que les roches plus profondes et plus chaudes cèdent par fluage ductile, et la transition entre ces régimes, ainsi que l'épaisseur de la plaque, fixe sa rigidité flexurale et la manière dont elle se courbe sous des charges telles que les monts sous-marins et les calottes glaciaires.

Clinical relevance

La rhéologie lithosphérique régit l'endroit où les tremblements de terre peuvent se nucléer, la manière dont les bassins s'affaissent et les montagnes sont supportées, et la façon dont la Terre solide répond aux chargements et déchargements, éclairant ainsi l'interprétation tectonique, l'analyse des bassins et l'étude du rebond post-glaciaire.

History

Le concept d'une lithosphère rigide au-dessus d'une asthénosphère faible était central dans les premières théories de la tectonique des plaques ; les travaux ultérieurs sur le modèle de refroidissement en demi-espace des plaques océaniques, les études en laboratoire sur la résistance des roches et l'analyse flexurale des charges ont bâti la compréhension moderne de la rhéologie lithosphérique.

Key figures

• Donald Turcotte
• Anthony Watts
• Shun-ichiro Karato

Seminal works

• turcotte2014
• watts2001
• karato2008

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la lithosphère et l'asthénosphère ?

La lithosphère est la couche externe froide et rigide qui forme les plaques tectoniques, tandis que l'asthénosphère sous-jacente est plus chaude et plus faible, se déformant facilement de sorte que les plaques peuvent glisser sur elle ; la limite est essentiellement thermique et mécanique plutôt que compositionnelle.

Pourquoi le fond marin devient-il plus profond en s'éloignant des dorsales médio-océaniques ?

À mesure que la lithosphère océanique vieillit et s'éloigne d'une dorsale, elle se refroidit, devenant plus dense et se contractant, de sorte qu'elle s'enfonce ; ce refroidissement et cette subsidence suivent un schéma régulier, la profondeur augmentant approximativement avec la racine carrée de l'âge de la lithosphère.