LE RENOUVELLEMENT DE LA LITHOSPHÈRE

I. L'archipel des Mariannes

Un exemple de distribution des foyers sismiques en zone de subduction : l’archipel des Mariannes, avec sa fosse éponyme.

Comme on le voit sur ces images, l’archipel des Mariannes est un chapelet d’îles ayant une forme d’arc. On parle d’arc insulaire. En zoomant sur cette localisation, on observe très clairement cette bathymétrie avec une fosse très profonde : la fosse des Mariannes.

La bathymétrie est la science qui étudie le relief sous-marin afin de déterminer sa topographie.

Avec le logiciel Sismolog, il est possible de voir une vision 3D de la région. On voit ainsi très nettement le chapelet d’îles, contenant de nombreux volcans disposés parallèlement à la fosse. On retrouve aussi dans cette vue 3D la disposition des foyers sismiques. Ils sont eux aussi parallèles à la fosse.

Lorsque l’on fait une coupe transversale, perpendiculaire à l’alignement des volcans, on observe que les foyers sismiques des séismes sont distribués selon une ligne, qui en 3D donnerait un plan. Ce plan est appelé plan de Wadati-Benioff.

II. Schématisation d'une coupe

Schématisons ce que nous avons appris grâce au logiciel Sismolog sous forme d’une coupe transversale.

On a vu que les foyers sismiques s’alignent sur un plan, et que les séismes peuvent atteindre jusqu'à 700 km de profondeur. Le repère de profondeur partira donc de 0, pour atteindre -700 km. 

On va ensuite tracer une plaque avec un fort angle de pendage qui va donc « plonger ». Cette plaque est formée de croûte océanique ainsi que d’un manteau lithosphérique très épais. L’ensemble de la plaque est donc très dense, ce pourquoi elle peut plonger dans l’asthénosphère. La plaque plongeante est représentée en vert, car elle est essentiellement composée de péridotite.

Les séismes superficiels sont représentés en jaune, ceux de profondeur moyenne en rouge, et ceux de forte profondeur (autour de 700 km) en noir.

La plaque lithosphérique plonge dans l’asthénosphère. En face de cette plaque plongeante, une autre plaque appelée plaque chevauchante est présente, elle-même composée de croûte et de manteau lithosphérique. À la surface de cette deuxième plaque, on observe un volcanisme actif. Certains de ces volcans émergent au-dessus du niveau de la mer.

Il est essentiel de comprendre qu’en temps normal, il ne peut pas y avoir de séismes au-delà de 100 km de profondeur. En effet, un séisme correspond à une cassure brutale de la roche. À partir de 100 km, cette cassure n’est plus possible car l’isotherme 1 300°C est atteint, c’est-à-dire la limite entre la roche rigide et ductile. Alors, comment expliquer la présence de séismes à des profondeurs de 700 km ?

On explique cela par le plongement d'un matériau rigide et donc cassant (la lithosphère). Ce plongement s’explique par la forte densité de la lithosphère, bien plus dense que celle du manteau sous-jacent. La densité de la lithosphère est ainsi le moteur de la subduction.

Bilan

La distribution des foyers sismiques en zone de subduction se fait selon le plan de Wadati-Benioff. Cette distribution particulière met en évidence l’existence d’une lithosphère cassante, rigide, plongeant dans l’asthénosphère ductile au sein de l’archipel des Mariannes. Ce plongement est également visible de par la fosse des Mariannes qui délimite la plaque lithosphérique chevauchant de la plaque subduite.