Information sur la lithosph

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• Information sur la lithosphère
• Exemple de Mars

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Mesures de gravité principe et évolution

• Mariner 9 première mesure grâce à leffet
  Doppler (Bande S) par exemple Lorell, 1972,Born,
  1974
• Ellipticité et grande structures slt4
• Mariner 9 Viking (Gapcynski et al., 1977,
  Christensen et Balmino, 1979, Balmino et al.,
  1982)
• Grande structures tectoniques slt16

• Mars Global Surveyor mesure en Bande X ( moins
  deffets de plasma) très fine (erreur de vitesse
  lt 100mm/s)
• Structure fines s lt 60-80
• Comparaison avec la Terre 2/3 de la résolution
  de la mission GOCE, dont le lancement sera en
  2004

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Altimétrie principe et historique

• Première mesure radar depuis la Terre (Goldstone,
  Aricebo, etc) 200 m de précision
• Mesure doccultation radio des sondes Mariner 9
  et Viking
• Structure de grande échelle s lt 8

• MGS expérience MOLA ( Zuber et al.)
• Résolution latérale (taille du spot) 130-330 m
• Résolution absolue 10 m
• Résolution relative 35 cm

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Mariner 9...
Altimétrie
Geoïde
Anomalie de Bouguer
5
En orbite depuis le 11 septembre 1997
6
MGS-Magnétomètre-réflectomètre à électrons
Mesure avec anomalie
Avant MGS incertitude et débat sur le
champ magnétique Martien suite à des mesures de
la sonde soviétique Phobos Survol à basse
altitude de MGS, avec traversée de lionosphère
et de la haute atmosphère confirmation de
labsence de champ interne (lt 2 1021 gauss
cm3) Mais découvertes danomalies crustales
très fortes
Mesure sans anomalie
7
Interprétation...

• Pendant 500 à 1000 millions d années.. Dynamo
  active
• Lors de la phase d activité acquisition
  rémanente de magnétisme lors du refroidissement
  de laves
• La croûte a gardé cette aimantation, détectée par
  la sonde

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Anomalie crustale magnétique

• Dichotomie Nord/Sud et dynamo morte lors de la
  mise en place de Tharsis (4.6 - 3.5 109 ans) ?

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Mars Global Surveyor
Altimétrie
Variation du Geoïde par rapport à lellipsoïde
de référence
Anomalies de gravité du géoïde par rapport à
lellipsoïde de référence
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Premières estimations de lépaisseur crustale

• Le début des contraintes sur la structure
  interne
• Estimation de lépaisseur crustale
• Hypothèse totalité du signal gravimétrique liée
  à la croûte avec compensation dAiry
• Pas de point dancrage sismique
• Pas dhétérogénéités latérales de densité

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Compensation des reliefs (Isostasie)

• Compensation dAiry
• La croute rigide flotte sur le manteau.
• Topographie de surface implique une racine
• La pression à une certaine profondeur dans le
  manteau est constante
• Compensation de Pratt
• La pression à la base de la croute est contante.
• Là où les altitudes sont hautes, la densité est
  faible
• Flexure
• Les contraintes élastiques de la croûte supporte
  une partie de la charge
• Si lépaisseur élastique est nulle, la
  compensation dAiry sapplique

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Exercice

• Calculer le champ de gravité sur un plateau
  compensé par un mécanisme dAiry et dont
  laltitude est H
• Sur la Lune
• Sur Mars
• Sur la Terre
• AN rc2900 kg/m3, rm3300 kg/m3

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Dichotomie Nord sud et détails
0 à 180E
70 à 250E
Zuber et al., 2000
14
Tharsis et les volcans géants
15
Ascraeus Mons
3.3 km
Ascraus Month
400 km
16
Le plus grand volcan du système solaire
17
(No Transcript)
18
Evolution thermique des Planètes
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Planètes machine thermique

• Source chaude
• Chaleur de laccrétion
• Radioactivité des éléments
• Source froide
• Rayonnement de la surface
• donc Travail
• Convection du manteau
• Tectonique, volcanisme
• Convection du noyau
• Champ magnétique

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Données de flux de chaleur

• Flux de chaleur
• Terre 87 mW/m2
• Lune 16mW/m2 ( Apollo 16) et 21 mW/m2
  (Apollo15)
• Rapport 0.18-0.25
• Flux de chaleur
• Rapport 1740/64003340/41000.20

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Flux de chaleur terrestre
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Transport par conduction

• Exemple de la Lune
• Cas stationnaire
• Applications
• a1740 km, k 4 W/m/K, F18mW/m2
• T4000 K
• Ne sapplique donc pas à la Lune ( fusion et
  convection)

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Radioactivité de la croûte
Valeur moyenne de la croûte lunaire Th 1.05
ppm, U 286 ppb Th/U 3.67
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Effet de la croûte

• Enrichissement dau moins 4 de la croûte
• Température centrale lt 1500 K
• Si le noyau est liquide, probablement pas du fer
  pur mais du fer avec éléments légers

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Données gravimétriques et géodésiques hypothèses
et démarches
Masse et volume
Densité moyenne, Moments d inertie
Equation dEuler (axi-symétrique)
Précession des équinoxes J2
Modèle moyen non unique ( y compris croûte
moyenne)

Variation de gravité Variation de forme
Variation dépaisseur crustale (Pratt)
Variation de densité crustale (Airy) Variation
de densité du manteau
Anomalies de Bouguer
Charge
Estimation régionale de lépaisseur de la
lithosphère élastique
Théorie de flexure des plaques élastiques
Rhéologie
Flux de chaleur!
Profondeur de lisotherme 650C
Température de surface
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Une convection asymétrique ?
Epaisseur crustale vue du pôle Nord
Coupe nord-sud
Estimations locales
Estimations globales
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Convection et volcanisme Mars
Mars doit évacuer la chaleur accumulée par tous
les chocs de météorites lors de sa formation En
tombant au centre, le noyau augmente la chaleur
libérée Chauffage par le bas. Refroidissement
par le haut
Dans une casserole...
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Température et discontinuités...

• Discontinuités exothermiques a-Olivine/b-spinelle,
  b-spinelle/g-spinelle, éventuellement
  discontinuité endothermique g- spinelle-pérovskite
  
• Impact important de lexistence de g-
  spinelle-pérosvskite sur dynamique du manteau et
  température mais disparition possible lors du
  refroidissement...

Spohn, Breuer et al., 1997
29
Une forme controllée par Tharsis
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What was the surface heat flux during the first
billion year?
Low composition dependent but highly core size
dependent
Surface heat flux Mantle heat flux
core heat flux
Core heat flux

• Primitive heat flux will be strongly constrained
  by the core size and by the crustal thickness
• Present heat flux is probably more related to the
  radioactive heating, and may be constrained by
  future Mars Sample return

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Internal heat flux as a parameter for
greenhouse...

• CO2 recycling from carbonates
• by global-scale volcanism
  (Pollack et
  al., 1987)
• by ejecta burial mechanism (Carr, 1989)
• by plate tectonics (Sleep, 1994)
• Two first mechanisms are strongly dependent from
  the heat flux
• The volatiles injected by plate tectonics (if
  any) may also had affected significantly the
  shape of seismic discontinuities and level of
  attenuation

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Evolution thermique de Venus
33

• Age de la surface
• Pas de cratères plus petits que 35 km ( effet de
  latmosphère
• Age moyen de 300-500 millions dannées,
  conséquence probable dune activité volcanique
  très forte, de type trappes

34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
(No Transcript)
37

• Addams Crater
• -56.10 Latitude, 98.90 Longitude 90 kilometres
  de diamètre, coulées de lave sur 600 km

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Type de convection

• Planète à une plaque
• Deux parties dans le manteau
• Lithosphère thermique ( transport par conduction
  de la chaleur, impossible par convection Tlt 1100
  K)
• Manteau (transport possible par convection)
• Vigueur de la convection
• Flux de chaleur non accomodé par la conduction
• Saccroit avec le flux de surface (
  refroidissement par le haut), avec le flux du
  noyau (chauffage par le bas) ou la radioactivité
  (chauffage par linterieur)

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Refroidissement dune planète à une plaque
Refroidissement de la Lune
plus la planète se refroidit, plus elle
sentoure dune couverture isolante plus la
planète à du volcanisme, plus elle appauvrit le
manteau en éléments radioactifs La convection
devient difficile, même dans les parties chaudes
(pas assez de flux de chaleur vers le haut), et
lintérieur reste chaud
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La planète sarrête de fonctionner
Arrêt de la dynamo
Mars la Jeune
Mars aujourdhui
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Subduction et tectonique des plaques

• Pour plonger, une plaque doit avoir un poussée
  dArchimède négative
• Nombreux paramètres
• Température de surface
• Température du manteau
• Age de la plaque
• Gravité (i.e. profondeur des transformations de
  phases)
• Paramètre de stabilité

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Effet de la gravité

• Faible gravité et température élevées du manteau
  soppose à la subduction

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Mars comparé à la Terre...
Fin du champ magnétique
Arret d une tectonique des plaques
Fin de l époque naochienne( 3.8-3.5 Milliars
d années)
Quelle est la température du manteau?