Cours cosmologie et géodynamique interne bcg
La géologie a pour objectif la reconstitution de l’histoire de la Terre depuis ses origines (l’âge des plus anciennes roches connues approche les 4 milliards d’années) jusqu’à nos jours par le biais de l’étude des matériaux constitutifs accessibles à l’observation.
Il s’agit d’une science récente dont les précurseurs furent Léonard de Vinci et Bernard Palissy aux XVe et XVIe siècles. Au passage du XVIIIe au XIXe siècle, Hutton, Werner, Cuvier, Lamarck et Darwin lui donnèrent une nouvelle impulsion en introduisant les notions de plutonisme (distinction entre roches ignées et roches sédimentaires), de neptunisme (origine marine de tous les terrains, en raison de la présence de fossiles), de créations successives puis d’évolution.
Wegener formule l’hypothèse de la dérive des continents au début du XXème siècle, mais ce n’est que depuis une trentaine d’années que la tectonique des plaques ou tectonique globale a donné un cadre cohérent à beaucoup d’observations jusque-là disparates. Dans son aspect appliqué, la géologie intervient, dans la recherche et/ou l’exploitation des ressources naturelles notamment le pétrole, le charbon, les minerais, l’eau etc.
Géomagnétisme et Paléomagnétisme
Le champ magnétique terrestre ou le champ géomagnétique ressemble, en première approximation, au champ produit par un dipôle magnétique placé au centre de la Terre. L’axe de ce dipôle magnétique fait un angle de 11° avec l’axe de rotation de la Terre et perce la surface de la Terre aux pôles géomagnétiques.
Les lignes de force du champ magnétique établissent tout autour de la planète un champ magnétique terrestre , et c’est la raison pour laquelle l’aiguille d’une boussole s’aligne automatiquement selon les lignes de forces, dans une direction nord-sud. Ce champ présente deux aspects importants à savoir le paléomagnétisme et les inversions magnétiques. L’étude de ces deux aspects va nous permettre de suivre les mouvements du globe terrestre par le biais de la migration des pôles magnétiques dans le temps.
Le champ magnétique terrestre, ou plus correctement le vecteur champ magnétique F peut être décomposé à la surface de la Terre selon trois directions. Considérons un point de mesure constituant l’origine d’un système Cartésien de référence, l’axe x étant le méridien géographique dirigé vers le Nord, l’axe y étant le parallèle géographique dirigé vers l’Est, et l’axe z parallèle à la verticale du point et compté positivement vers le bas, nous pouvons définir trois composantes du champ magnétique terrestre tels que X, Y et Z sont respectivement parallèles aux axes précédemment cités.
Pour la déclinaison et l’inclinaison magnétique, elles varient également selon les régions du globe. En effet, l’inclinaison I est horizontale à l’équateur et verticale au pôle Nord. Cela veut dire qu’elle indique la position entre l’endroit de formation d’une roche et l’équateur. Elle est positive quand le vecteur champ géomagnétique est dirigé vers le bas (c.à.d. dans l’hémisphère nord) et varie entre +90° au pôle nord magnétique et -90° au pôle sud magnétique.
Le paléomagnétisme désigne la mémoire magnétique des roches (aimantation rémanente) pour diverses époques géologiques. Grâce à cette mémoire, on peut positionner le Pôle magnétique pour des périodes géologiques tout en connaissant l’âge des roches.
En effet, le champ magnétique terrestre étant, à chaque période de l’histoire du globe et pour un emplacement donné, caractérisé par une déclinaison (D), une inclinaison (I) et une intensité (F) . La latitude λ du pôle magnétique peut être retrouvée puisqu’elle est directement liée à l’inclinaison du champ par la relation TanI=2Tanλ. Cette relation permet de calculer la position du Pôle Géomagnétique Virtuel (PGV) attaché au site où les minéraux ferromagnétiques ont été formés. La datation par paléomagnétisme s'obtient en comparant le PGV d'un site à la Courbe de Dérive Apparente du Pôle (CDAP) du continent sur lequel ce site se situait.
Expansion des fonds océaniques
En étudiant les enregistrements paléomagnétiques sur de longues périodes, on trouve des séquences pour lesquelles le pôle nord magnétique se transforme brutalement en pôle sud magnétique et vice versa . C’est ce qu’on appelle des inversions magnétiques. Le champ magnétique terrestre s'oriente en fonction des mouvements des fluides de la partie externe du noyau du globe, composée à 80 % de fer.
Les inversions du champ magnétique terrestre ont été découvertes pour la première fois par David (1904) et Brunhes (1906) dans des roches volcaniques anciennes, puis par Matuyama (1929) dans des laves du Quaternaire. Ces inversions du champ terrestre sont d'échelle globale et une fois datées, elles servent de référence géochronologique.
Au moment où Hess formulait son hypothèse, Robert Dietz indépendamment proposa un modèle similaire et l'appela l'expansion des fonds océaniques. Le modèle de Dietz a un ajout significatif. Il affirme que la surface de glissement est à la base de la lithosphère, non à la base de la croûte.
Hess et Dietz réussirent où Wegener avait échoué. Les continents ne traversent plus la croûte océanique, mais sont considérés comme faisant partis des plaques qui se déplacent sur l'asthénosphère plastique et molle. Une force dirigeante, les courants de convection, déplace les plaques. Les avances technologiques et les études détaillées du fond océanique, non disponibles du temps de Wegener, permirent à Hess et Dietz de créer leurs nouvelles hypothèses.
Quant à l’enregistrement du champ magnétique, une hypothèse fut présentée en 1963 par Fred Vine et Drummond Matthews. Ils proposèrent que la lave émise à différentes époques le long du rift au sommet de la ride médio-océanique préserve différentes anomalies magnétiques. Par exemple, la lave émise dans le passé, quand le pôle nord magnétique était dans l'hémisphère nord, conserva une anomalie magnétique positive. Au contraire, la lave émise quand le pôle nord magnétique était dans l'hémisphère sud, conserva une anomalie magnétique négative.
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