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La tectonique des plaques

Dossier - Les variations du niveau de la mer
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Les variations du niveau de la mer : un sujet transdisciplinaire, qui concerne les géologues, les climatologues, les biologistes mais aussi les géographes et les politiques.

  
DossiersLes variations du niveau de la mer
 

On a vu avec les glaciations que le niveau absolu de la mer dépend de la quantité d'eau dans la « bassine » des océans. Mais si on déforme la bassine, le niveau changera aussi sur ses bords, et cela sans qu'on intervienne sur le volume d'eau.

C'est ce qui se passe à l'échelle de plusieurs millions d'années avec la tectonique des plaques, quand des océans ou des parties d'océan s'ouvrent (Figure 16A). C'est également ce qui se passe quand la vitesse d'accrétion océanique change (Figure 16B).

Figure 16 : Tectonique des plaques et niveau marin.

A) Le volume de la Terre étant constant, quand un jeune océan s'ouvre, c'est en général au détriment d'un vieil océan, dont le plancher est escamoté dans le manteau terrestre par subduction. L'équivalent de la superficie ajoutée au jeune océan est donc soustraite de la superficie du vieil océan. Mais comme ce dernier a une profondeur moyenne beaucoup plus grande, le volume global de la « bassine océanique » décroit. En conséquence, le niveau marin monte. L'amplitude des variations du niveau marin associées à ce mécanisme est de l'ordre de 300 m.

B) Les dorsales « rapides », comme la dorsale sud-est pacifique, sont bombées, occupent un plus grand volume et impliquent donc un haut niveau. Les dorsales lentes, comme la dorsale atlantique, ont des flancs plus déprimés, occupent moins de volume et impliquent donc un moins haut niveau.

On est actuellement dans une configuration où les 3 océans principaux sont vieux ou très vieux. Le Pacifique est même tellement vieux que ses bordures sont toutes en subduction (Figure 17).

Figure 17 : Carte de l’âge des océan

Légende : On voit que les océans sont constitués de bandes de terrains symétriques de part et d'autre de leur axe central, la dorsale médio-océanique, zone volcanique où s'ajoute la matière compensant l'écartement des plaques. Les couleurs représentent les âges de l'échelle des temps géologiques, depuis 180 millions d'années (bleu foncé) jusqu'à l'actuel. Extrait d'un poster de la NOAA (également disponible sur le web).

Il y a 90 millions d'années, au Crétacé supérieur, l'Atlantique et l'océan Indien étaient en revanche jeunes et peu profonds, et le niveau marin atteignait +250 m au-dessus du niveau actuel (Figure 18)!

Figure 18 : Paléogéographie des continents au Crétacé supérieur (Turonien, 90 millions d’années).

Légende : C'est le moment où le niveau marin est le plus haut depuis 300 millions d'années. La mer déborde largement sur les continents. L'Afrique, l'Inde et l'Antarctique viennent de se « séparer », formant l'océan Atlantique et l'Océan Indien. Depuis cette date, le vieillissement et donc l'approfondissement de ces océans ont contribué à faire baisser le niveau mondial des mers. Figure extraite du site web de C. Scotese.

Le continent européen était pour l'essentiel sous la mer où s'est déposée la craie du bassin parisien (Figure 19). Avec l'élargissement et l'approfondissement des océans Atlantique et Indien, le niveau marin n'a cessé de baisser depuis le Crétacé supérieur.

Figure 19 : Falaises d’Etretat : la craie est constituée des restes d’algues calcaires microscopiques qui témoignent que la mer du Crétacé supérieur (entre 100 et 65 millions d’années) était présente dans le Bassin de Paris et sur une grande partie de l’Europe. Photo de B. Monginoux (www.photo-paysage.com).

Mais comment sait-on cela ? C'est que la mémoire des variations du niveau marin est enregistrée dans l'architecture des dépôts accumulés sur les marges continentales, et qu'on peut reconstituer par des forages et des sondages acoustiques (Figure 20).

Cliquez sur le dessin pour l'agrandir Figure 20 : Grâce à une auscultation acoustique (méthode de la « sismique réflexion »), on peut reconstituer les biseaux successifs des dépôts sur le pourtour des continents (dépôts dont l’âge est connu par ailleurs en forages).

Légende : On peut alors construire les courbes de variation du niveau mondial de l'océan (dites courbes eustatiques). Cette courbe est souvent appelée « charte de Haq » (du nom du chercheur qui l'a publiée en 1987). Elle a été réalisée à partir de la sismique réflexion des marges de l'océan Atlantique. Elle montre des fluctuations internes de l'ordre du million d'années, liées pour l'essentiel aux variations de la vitesse d'ouverture de l'océan, à la formation de bassins périphériques ou encore à des phases de la construction des chaînes de montagnes. Cette figure simplifiée ne montre que la fin de l'ère Cénozoïque (ère tertiaire), mais il existe aujourd'hui des courbes eustatiques pour l'ensemble des temps fossilifères.

Dans l'histoire de la « dérive des continents », des épisodes où tous les continents sont dispersés alternent avec d'autres épisodes où tous les continents sont regroupés en un seul supercontinent. Ces alternances suivent des cycles d'environ 200 millions d'années connus sous le nom de « cycles de Wilson ». On est aujourd'hui capable de relier les mécanismes qui jouent dans ces cycles de la tectonique des plaques : la production des granites (roches magmatiques dominant la formation des continents), la production de CO2 d'origine volcanique, les fluctuations du champ magnétique... (Figure 21).

Figure 21 : Paramètres fluctuant au cours des cycles de Wilson (éclatement puis regroupement des continents en un supercontinent).

Légende : Les granites sont des roches magmatiques caractéristiques de la croûte continentale. Il s'en forme davantage quand les continents se fragmentent. Le CO2 est principalement émis par les volcans des dorsales océaniques, son flux augmente lors de l'expansion des océans. Sa solubilité dans l'océan diminue alors (davantage de calcaires se forment et s'accumulent). Le CO2 a un rôle majeur dans l'effet de serre. La concentration en CO2 dans l'océan et dans l'atmosphère diminue pendant les périodes glaciaires. La vitesse d'expansion des océans est plus grande dans les périodes où le champ magnétique terrestre est plus calme (moins d'inversions de polarité). Ainsi, l'activité interne du globe aurait des répercussions sur le niveau de la mer via la tectonique des plaques et la dynamique des climats... Compilation de plusieurs auteurs (cités par Miall, 1994 et GIEC, 2007).