TERRE 520
La tectonique des plaques et les gens
Département des géosciences État de Penn
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L'étude du champ magnétique terrestre tel qu'enregistré dans les archives rupestres a été une clé importante dans la reconstruction de l'histoire des mouvements des plaques. Nous avons déjà vu comment l'enregistrement des inversions magnétiques a conduit à la confirmation de l'hypothèse d'étalement des fonds marins. Le concept de chemins de déambulation polaire apparents a été utile pour déterminer la vitesse, la direction et la rotation des continents.
Balade polaire apparente
Pour illustrer l'idée d'errance polaire, imaginez que vous avez un volcan composite sur un continent comme celui du croquis ci-dessous. Je vous assure que le croquis sera mieux compris si vous regardez également le screencast dans lequel je parle pendant que je le dessine.
Croquis montrant deux possibilités de trajets polaires apparents. Dans la série supérieure de croquis, il y a une masse continentale sur une planète avec un champ dipolaire. Un volcan sur cette masse terrestre entre en éruption à divers intervalles, créant des couches de roche ignée qui sont magnétisées en permanence avec différentes orientations. Les deux croquis du bas montrent deux façons d'atteindre cet état. Soit le pôle s'est déplacé (en bas à gauche), soit la masse terrestre s'est déplacée (en bas à droite).
Source : Dessin par E. Richardson
Croquis d'errance polaire apparente
Cliquez ici pour la transcription
Afin d'illustrer un chemin d'errance polaire apparent, disons que nous avons la Terre ici, et qu'elle a ses pôles comme ça, exactement comme ils sont aujourd'hui. Les lignes de champ magnétique vont comme ça. Et disons que nous avons un continent assis ici. Cela ressemble à ceci. Il y a un volcan sur ce continent et c'est un volcan composite. Un volcan composite crache de la lave et il construit progressivement le flanc de la montagne avec ses coulées de lave comme celle-ci. Voici la lave qui descend de ce côté. Imaginons que nous sommes un géologue et que nous allons nous rendre sur ce volcan et que nous allons prélever des échantillons de ces coulées de lave. Nous allons zoomer sur ces coulées de lave ici. L'échantillon le plus élevé de la coulée de lave, nous l'appellerons ici le vert. Sous ce vert, il y a une coulée de lave plus jaune orangé, puis sous celle-ci se trouve la plus ancienne ici. Nous avons un magnétomètre et nous pouvons donc essayer de déterminer dans quelle direction toutes ces coulées de lave pensaient vers le nord lorsqu'elles se sont formées et se sont refroidies. Disons que le rouge pointe en quelque sorte dans cette direction et que le jaunâtre ressemble à ceci. Le vert s'est formé pendant le champ comme il l'est aujourd'hui donc son nord est comme ça. Il y a deux explications possibles à la façon dont cela a pu se produire. Nous allons les dessiner ici. L'explication 1 est que les pôles se sont déplacés et que le continent est resté au même endroit. Dans ce cas, nous avons un continent assis ici. Lorsque la lave la plus récente s'est formée, cette substance verte, le pôle était juste ici, là où il se trouve aujourd'hui. Mais à l'époque où ce volcan produisait de la lave jaune, le pôle se trouvait à un endroit légèrement différent. C'était plus comme ici. La coulée de lave la plus ancienne enregistre un pôle qui ressemblait plus à cette direction. Dans ce cas, nous nous retrouvons avec ce que nous appelons un chemin de dérapage polaire apparent. Au fil du temps, de l'époque à l'heure actuelle, le pôle s'est déplacé dans cette direction. L'autre possibilité est que le continent ait bougé et que le pôle soit resté au même endroit. Dans ce cas, le continent vert d'aujourd'hui serait là. Lorsque cette lave a gelé, elle pointait vers le nord vers le pôle nord. À l'époque où cette lave jaune s'est formée, si le pôle était au même endroit, le continent aurait dû être ici quelque part comme ça parce que sa lave a gelé en pointant vers le nord, mais au fil du temps, lorsque ce continent s'est déplacé vers sa position actuelle avec la lave toujours gelé sur place, il pointe maintenant dans une direction différente qui n'est plus celle du nord. Si nous remontons encore plus loin dans le temps vers la lave rouge, alors le continent doit avoir été assis dans une position un peu comme celle-ci. Lorsque sa lave s'est formée, elle pointait vers le nord, puis lorsque ce continent a traversé cette rotation, cette lave était déjà gelée sur place, donc la direction vers laquelle elle pointe n'est pas au même endroit que le nord est maintenant. Nous pouvons construire un chemin - un chemin de promenade apparent si vous voulez - du continent. Nous pouvons voir que le continent a dû devenir un peu comme ça. C'est dans le sens inverse de celui que nous avons construit auparavant.
Ce volcan entre en éruption de temps en temps, et lorsque sa lave se solidifie et se refroidit, il enregistre la direction du champ magnétique terrestre. Un géologue armé d'un magnétomètre pourrait échantillonner à travers les couches de lave solidifiée et ainsi suivre la direction et l'intensité du champ sur la durée géologique enregistrée par ce volcan. En fait, les géologues l'ont fait et ils ont découvert que la direction du pôle nord n'était pas stationnaire dans le temps, mais qu'elle s'était plutôt déplacée un peu. Il y avait deux explications possibles à cela :
- Soit le pôle était immobile et le continent s'était déplacé dans le temps, soit
- Le continent était stationnaire et le pôle s'était déplacé au fil du temps.
L'épandage des fonds marins sauve la situation !
Avant que la tectonique des plaques ne soit acceptée, la plupart des géologues pensaient que le pôle devait s'être déplacé. Cependant, une fois que de plus en plus de mesures ont été effectuées sur différents continents, il s'est avéré que tous les différents chemins de déambulation polaire ne pouvaient pas être conciliés. Le pôle ne pouvait pas être à deux endroits à la fois, et de plus, les fonds marins ont tous enregistré soit le nord soit le sud, mais pas les directions intermédiaires. Alors, comment des laves du même âge sur différentes masses terrestres pourraient-elles montrer des directions historiques du pôle nord différentes les unes des autres ? Une fois que la propagation du fond marin a été reconnue comme un mécanisme viable pour déplacer la lithosphère, les géologues ont réalisé que ces "chemins apparents de déambulation polaire" pouvaient être utilisés pour reconstruire les mouvements passés des continents, en supposant que le pôle était toujours à peu près au même endroit ( sauf lors des inversions).
Calcul d'une latitude paléomagnétique
L'exemple de mon fabuleux dessin décrit assez vaguement l'idée derrière l'utilisation des données paléomagnétiques pour reconstituer les anciennes positions des continents, mais comment cela se fait-il concrètement ? Nous utilisons des magnétomètres.
Un magnétomètre peut mesurer l'angle entre la direction du champ magnétique terrestre et l'horizontale.
Source : Systèmes GEM
L'angle entre le champ magnétique terrestre et l'horizontale est appeléinclinaison magnétique. Parce que la Terre est un corps rond dans un champ dipolaire, l'inclinaison dépend directement de la latitude. En fait, la tangente de l'angle d'inclinaison est égale à deux fois la tangente de la latitude magnétique, qui est la latitude à laquelle se trouvait la roche magnétisée en permanence lorsqu'elle s'est magnétisée. Par conséquent, étant donné la connaissance de votre emplacement actuel et une lecture magnétométrique de l'inclinaison de votre élément géologique d'intérêt, comme une coulée de basalte, vous pouvez calculer la latitude magnétique au moment de sa formation, la comparer à votre emplacement actuel et déterminer de combien de degrés de latitude votre position actuelle s'est-elle déplacée depuis que cette roche s'est refroidie.
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