C’est l’étude des ondes sismiques au niveau des zones de subduction qui a permis de mettre en évidence la distinction entre la lithosphère et l’asthénosphère (des structures plus froides plongeant dans des structures plus chaudes).

1. La lithosphère

Il s'agit de l’enveloppe la plus superficielle du globe terrestre, d’une épaisseur moyenne de 100 km.
Elle comprend la croûte et la partie supérieure du manteau supérieur jusqu’à une zone très particulière appelée la LVZ(low velocity zone).
Cette zone sépare le manteau supérieur en 2 parties. Elle se trouve vers 100 km de profondeur et s’étend jusqu’à 230 km de profondeur. La vitesse des ondes sismiques y est fortement réduite, d’où son nom.
Dans cette zone de moindre vitesse, les matériaux sont plus ductiles et confèrent ainsi une mobilité aux plaques lithosphériques sur une zone plus rigide : l’asthénosphère.
 

Doc. 1 : Vitesse de ondes P et S au niveau permettant d’identifier la LVZ

2. L'asthénosphère

Elle est comprise entre 100 km et 670 km de profondeur. C’est la partie inférieure du manteau supérieur. Les matériaux sont de nouveau plus rigides, la vitesse des ondes y est plus importante.
Ces deux zones sont également séparées par l’isotherme 1 300 °C, qui marque la limite basse de la lithosphère.
 

3. Zone de subduction

Une zone de subduction est une plaque qui s’enfonce dans le manteau, parfois jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres. C'est le lieu d'activités sismiques et volcaniques.

4. Points chauds

Le volcanisme dit « de point chaud » est le plus profond des volcanismes actifs. Il s’agirait de volcans dont le magma proviendrait des profondeurs du manteau proche de la limite avec le noyau liquide. Ces volcans ne seraient donc pas liés aux plaques tectoniques et, ne suivant donc pas les mouvements de l’écorce terrestre, ils seraient quasiment immobiles à la surface du globe, et formeraient les archipels d'îles comme celui de Tahiti.

Le volcanisme de point chaud est produit par un panache de matière plus chaude (7) qui, partant de la limite avec le noyau, fond partiellement en arrivant près de la surface de la Terre.

Tableau récapitulatif

Caractéristique : la chaleur interne

Dimensions respectives des différentes couches et températures approximatives qui y règnent.
Des calculs récents menés à l'ESRF ont revu à la hausse les températures du noyau, qui évolueraient entre 3 800 °C et 5 500 °C selon la profondeur.

La chaleur interne de la Terre est produite par la radioactivité naturelle des roches par désintégration de l'uranium, du thorium et du potassium. Les études estiment que la contribution de la radioactivité crustale et mantellique représente approximativement la moitié de l’énergie totale dégagée, celle de la chaleur primordiale transmise du noyau de la Terre vers le manteau étant évaluée à 10 et jusqu'à 20 %

Globalement, la température s'élève avec la proximité au centre de la Terre. À titre indicatif, elle varie d'entre 1100 °C à la base de la croûte continentale à probablement 5100 °C dans le noyau.

Les températures ne peuvent être mesurées rigoureusement : elles sont approximatives, la marge d'erreur grandissant avec la profondeur.

À partir de 2 900 km de profondeur, là où la pression commence à dépasser 1 million d’atmosphères, soit 100 Gigapascals, la chaleur interne joue au moins deux rôles majeurs :

• En entretenant ou modifiant les mouvements convectifs du manteau, qui explique la tectonique des plaques et la dérive des continents.
• En entretenant le champ magnétique terrestre