Le moteur de la subduction

Au cours de son éloignement de l'axe de la dorsale, la lithosphère océanique s'hydrate et se refroidit. Ce refroidissement  se traduit par un abaissement de l'isotherme 1300°C, qui représente la limite lithosphère / asthénosphère. Il s'en suit un épaississement progressif de la lithosphère océanique par sa base, par adjonction d'une semelle de manteau froid et lourd.

 

Une colonne de lithosphère, de hauteur H, est constituée d'une croûte océanique d'épaisseur constante hC = 5 km et d'une semelle de manteau lithosphérique d'épaisseur (H – hC) variable suivant son âge.

 

La masse ML d'une colonne de lithosphère océanique, de surface égale à 1 m², est donc égale à : MLith = [ρC hC + ρML (H – hC)] x S avec :

- ρC = masse volumique de la croûte océanique = 2,85.103 kg/m3

ML = masse volumique du manteau lithosphérique = 3,3.103 kg/m3

- hC = épaisseur de la croûte océanique = 5000 m

- H = épaisseur totale de la lithosphère océanique = 9,2 (âge)1/2 (H est exprimée en mètres et l'âge en années)

 

La masse MAsth de la colonne d'asthénosphère sous-jacente, ayant la même surface et la même hauteur H que la colonne lithosphérique, est égale à :

MAsth = ρA H S

avec ρA = masse volumique de l'asthénosphère = 3,25.103 kg/m3

A l’aide d’un tableur (LibreOffice Calc, Excel…) :

1) Calculez la hauteur H (précision au 1/10) pour les âges suivants : 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 Ma.

2) Calculer la masse d’une colonne de lithosphère pour les mêmes âges que précédemment.

3) Effectuer le même calcul pour une colonne d’asthénosphère.

4) A quel âge la lithosphère n’est-elle plus en équilibre sur l’asthénosphère, provoquant une subduction spontanée ?