La tectonique des plaques
Ce diagramme, dû à A. Cox et R. Doell, représente les migrations des pôles reconstituées à partir d’échantillons provenant de diffé-rents blocs continentaux autrefois supposés fixes.
La solution devait venir de deux disciplines des sciences de la Terre qui connurent un grand développement au lendemain de la Seconde Guerre mondiale : le paléomagnétisme et la géologie marine. Les recherches sur le paléomagnétisme remontent au début du XX siècle, lorsque le Français Jean Brunhes découvrit que les particules magnétiques contenues dans certaines roches étaient orientées en fonction du champ magnétique qui régnait lors de la consolidation de ces roches, et que ce magnétisme ancien, que l’on pouvait mesurer, était parfois inversé par rapport à l’actuel. Le développement des études en ce domaine devait démontrer que le champ magnétique terrestre avait connu dans le passé de nombreuses inversions, le pôle Nord devenant Sud et réciproquement, et il a été possible de reconstituer la chronologie de ces inversions (ou « anomalies magnétiques ») sur des centaines de millions d’années de l’histoire de la Terre.
Le magnétisme des roches réservait une autre surprise : les directions des pôles indiquées par les mesures paléomagnétiques ne coïncidaient pas toujours avec l’actuelle position des pôles magnétiques. On pouvait apporter deux explications à ce fait : soit les pôles magnétiques avaient changé de position par rapport aux continents au cours des temps géologiques, soit ils étaient restés à peu près fixes tandis que les continents s’étaient déplacés.
Au cours des années 1950, la multiplication des études paléomagnétiques, notamment par le Britannique S.K. Runcorn et son équipe, montra que les trajectoires de déplacement apparent des pôles au cours du temps que l’on pouvait reconstituer sur les différents continents ne coïncidaient pas. Pour les faire concorder, il fallait déplacer les continents à la surface du globe. Une telle conclusion allait dans le sens des idées de Wegener sur la mobilité des continents.
Encore fallait-il trouver un mécanisme satisfaisant pour expliquer ces déplacements.
La dorsale médio-atlantique.
Les études de géologie marine devaient apporter la réponse. Les campagnes d’exploration géologique et géophysique des fonds marins, rendues plus aisées par la mise au point d’appareillages nouveaux, se multiplièrent dans les années 1950. Une première conséquence fut une bien meilleure cartographie des fonds océaniques, qui révéla notamment l’importance des dorsales médioocéaniques, très longs reliefs le plus souvent immergés qui s’étendent sur des milliers de kilomètres au milieu des océans, l’exemple le plus frappant étant sans doute celui de la dorsale médioatlantique, qui court au milieu de l’océan Atlantique à égale distance des côtes américaines d’une part, européennes et africaines d’autre part. Cette dorsale montre une étonnante symétrie par rapport à une vallée centrale, ou rift, qui est le siège d’une activité sismique.
De part et d’autre des dorsales, dans les bassins océaniques, se sont accumulés des sédiments ; mais alors que l’on pensait y trouver des épaisseurs de plusieurs milliers de mètres, les campagnes océanographiques révélèrent des accumulations beaucoup plus faibles, de l’ordre de 500 mètres. En outre, l’âge des sédiments trouvés au fond des océans n’était pas particulièrement ancien : on n’y rencontre pas de roches de plus de 200 millions d’années, soit du début du Jurassique, tandis que sur les continents, on en trouve d’une ancienneté atteignant plusieurs milliards d’années. Contrairement à ce que l’on avait pu croire dans le cadre des hypothèses classiques de pérennité des continents et des océans, ces derniers ne sont pas vieux, géologiquement parlant, et ils sont en tout cas bien plus récents que les continents. Quant aux dorsales médio-océaniques, pratiquement dépourvues de couverture sédimentaire, elles sont particulièrement jeunes.
Pour expliquer toutes ces observations, le géologue américain Harry Hess proposa en I960 sa théorie du renouvellement des fonds marins selon laquelle les dorsales océaniques sont le site de formation de nouvelles croûtes, par arrivée de roches basaltiques venant de l’intérieur du globe. La création de croûtes océaniques de façon symétrique de part et d’autre du rift médian de la dorsale provoquerait une expansion constante des fonds océaniques,, la croûte nouvellement créée se déplaçant ensuite latéralement, comme une sorte de tapis roulant. Ce phénomène donnerait lieu à une expansion constante de la surface du globe terrestre (hypothèse que certains géologues ont d’ailleurs voulu défendre, mais qui est rejetée par la très grande majorité des spécialistes), si la croûte océanique n’était absorbée et détruite régulièrement à l’autre bout du « tapis roulant », au niveau des fosses océaniques, zones de subduction où elle plonge dans les profondeurs de la Terre.
En 1963, les chercheurs britanniques Fred Vine et Drummond Matthews complétèrent l’hypothèse de Hess à partir de données paléomagnétiques. Les relevés magnétiques effectués en mer avaient en effet révélé une autre particularité remarquable du fond des océans :
les anomalies magnétiques s’y présentent de façon continue et linéaire sur des milliers de kilomètres, sous forme de bandes symétriques à l’axe des dorsales.
En comparant la succession des anomalies magnétiques sur les fonds océaniques avec la chronologie des inversions du champ magnétique, on constata que les roches étaient d’autant plus anciennes qu’elles étaient éloignées de l’axe de la dorsale. Le « tapis roulant » du fond marin avait enregistré les changements du champ magnétique au cours du temps, ce qui permettait de reconstituer dans le détail l’histoire des océans à partir des données paléomagnétiques.Il restait à synthétiser toutes ces données géologiques et géophysiques nouvelles, qu’elles vinssent des continents ou des fonds océaniques. Cela fut fait au cours des années 1960 grâce aux travaux de plusieurs chercheurs, dont le Canadien Tuzo Wilson, l’Américain Jason Morgan et le Français Xavier Le Pichon, pour aboutir au modèle de la tectonique des plaques qui est le cadre dans lequel opèrent la géologie et la géophysique d’aujourd’hui. Selon ce modèle, la croûte terrestre se compose d’un certain nombre de plaques lithosphériques qui se déplacent les unes par rapport aux autres en glissant sur l’asthénosphère, plus profonde et plus fluide. Ces plaques peuvent n’être constituées que de croûte océanique, comme la grande plaque Pacifique. Plus fréquemment, elles se composent à la fois de croûte océanique et de croûte continentale. Les continents se déplacent donc, emportés par le mouvement des plaques dont ils font partie. A la limite entre deux plaques, plusieurs cas de figure peuvent se présenter. Les plaques peuvent s’écarter l’une de l’autre au niveau d’une dorsale océanique où se forme de part et d’autre la croûte océanique ; c’est le cas par exemple de la plaque africaine et de la plaque américaine, qui s’écartent l’une de l’autre au niveau de la dorsale
médioatlantique. A l’inverse, si les plaques convergent,l’une peut plonger sous l’autre et s’enfoncer dans les profondeurs de la Terre,subduction. Dans de telles régions, marquées par de profonds fossés océaniques, se produisent des phénomènes géologiques divers tels que tremblements de terre et éruptions volcaniques.
Un exemple de plaque océanique plongeant sous la partie continentale d’une autre plaque est celui de la plaque Pacifique qui s’enfonce sous le continent sud américain et qui a ainsi donné naissance à la Cordillère des Andes.
Lorsque ce sont deux plaques continentales qui entrent en collision, le résultat est aussi la formation de reliefs souvent spectaculaires : la rencontre entre le sous-continent indien et l’Asie a provoqué la formation de la chaîne himalayenne et du plateau du Tibet.
La position des continents et des océans est donc en perpétuel changement. Des mers, prises en tenaille entre deux blocs continentaux, disparaissent. Ainsi, la Méditerranée actuelle n’est que le reste d’un océan beaucoup plus large, la Téthys, qui s’est en grande partie fermé du fait de la dérive de l’Inde et de l’Afrique vers l’Eurasie. La dérive de l’Afrique vers l’Europe, qui a provoqué la formation des Alpes, devrait d’ailleurs conduire à terme à la disparition de la Méditerranée.
Ailleurs, des océans nouveaux s’ouvrent. La mer Rouge, par exemple, est née de la séparation entre la plaque arabique et l’Afrique. Elle est encore étroite, mais ira en s’élargissant. Quant aux grands fossés de l’Afrique orientale, ou rifts, ils annoncent une future scission de l’Afrique en deux blocs continentaux.
Depuis la fin des années 1960, la découverte de la tectonique des plaques s’est donc imposée, au terme de ce que l’on a appelé une révolution scientifique, comme l’explication de l’ensemble des phénomènes intervenant à la surface du globe et de la distribution des animaux et des végétaux à travers les continents.
Son étude, liée à celle des changements de la géographie au cours du temps, est arrivée fort à propos pour sortir la paléobiogéographie du cul de-sac où elle était parvenue à la fin des années 1950 car la répartition, actuelle ou passée, des animaux et des plantes devenait alors déplus en plus difficile à comprendre dans le cadre de la fixité des continents et des océans. Les paléontologues n’ont donc pas tardé à interpréter leurs données en des termes mobilises d’ouverture et de fermeture d’océans,et de collisions ou de séparations entre continents.