Convection du manteau et forces motrices des plaques

Le mouvement des plaques est maintenu par le lent renouvellement convectif du manteau, le plongement des dalles subduites denses et le glissement gravitationnel des plaques s'éloignant des dorsales constituant les principales forces motrices.

Definition

Les forces motrices des plaques sont l'ensemble des forces gravitationnelles et visqueuses — principalement la traction de la dalle (slab pull), la poussée de la dorsale (ridge push) et la traînée mantellique (mantle drag) — qui résultent de la convection thermique dans le manteau et régissent la vitesse et la direction du mouvement des plaques lithosphériques.

Scope

Ce sujet couvre la dynamique sous-jacente à la tectonique des plaques : la convection thermique dans le manteau, l'équilibre entre la traction de la dalle (slab pull), la poussée de la dorsale (ridge push) et la traînée basale (basal drag), ainsi que le rôle des panaches mantelliques. Il traite des moteurs physiques du mouvement des plaques, complétant la description cinématique des frontières et rejoignant les préoccupations plus profondes de la géophysique.

Core questions

• La convection du manteau est-elle à l'échelle du manteau entier ou stratifiée ?
• Quelles forces dominent le mouvement des plaques, et comment s'échelonnent-elles en fonction de la longueur de la dalle et de la surface de la plaque ?
• Comment les panaches mantelliques sont-ils liés à la convection à l'échelle des plaques ?

Key theories

La traction de la dalle (slab pull) comme force motrice dominante

Forsyth et Uyeda ont montré, par une analyse d'équilibre des forces, que les plaques attachées à de longues dalles en subduction se déplacent le plus rapidement, ce qui implique que la traction de la dalle est le moteur principal du mouvement des plaques, tandis que la poussée de la dorsale et la traînée basale sont secondaires.

L'hypothèse des panaches mantelliques

Morgan a proposé que des remontées étroites de matière chaude provenant du manteau profond, fixes par rapport au mouvement des plaques, produisent des traces volcaniques de points chauds et représentent une composante convective distincte du flux à l'échelle des plaques.

Mechanisms

La chaleur provenant du noyau et de la désintégration radioactive entraîne un lent fluage du manteau solide. La lithosphère océanique froide et dense plonge dans les zones de subduction, tirant la plaque arrière (traction de la dalle) ; la dorsale élevée exerce une poussée gravitationnelle sur la plaque (poussée de la dorsale) ; et le couplage visqueux entre la base de la plaque et le flux mantellique sous-jacent peut soit entraîner, soit résister au mouvement. Des panaches localisés ajoutent un flux convectif distinct, largement vertical.

Clinical relevance

La compréhension des forces motrices explique pourquoi certaines plaques se déplacent plus rapidement que d'autres, contraint les modèles de changement à long terme du niveau de la mer et du climat induits par l'évolution du flux mantellique, et éclaire les interprétations du volcanisme et du soulèvement intraplaque.

History

Arthur Holmes a suggéré la convection du manteau comme mécanisme moteur dans les années 1930. Après l'établissement de la tectonique des plaques, des analyses quantitatives dans les années 1970 — notamment l'étude d'équilibre des forces de Forsyth et Uyeda et l'hypothèse des panaches de Morgan — ont clarifié les contributions relatives des forces motrices candidates.

Debates

Convection du manteau entier versus convection stratifiée

La question de savoir si le manteau convecte comme une seule couche ou comme deux couches circulant séparément a longtemps été débattue ; la tomographie sismique montrant des dalles pénétrant le manteau inférieur favorise la convection du manteau entier, mais les réservoirs géochimiques suggèrent une certaine stratification persistante.

Key figures

• Donald Forsyth
• Seiya Uyeda
• W. Jason Morgan
• Arthur Holmes

Seminal works

• forsythuyeda1975
• morgan1971

Frequently asked questions

Quelle est la principale force qui déplace les plaques tectoniques ?

La plupart des preuves indiquent que la traction de la dalle (slab pull) — le poids de la lithosphère froide et dense plongeant dans les zones de subduction — est la force motrice dominante, la poussée de la dorsale (ridge push) et la traînée mantellique (mantle drag) jouant des rôles moindres.