La sismologie, qui étudie la propagation des ondes sismiques, donne de précieux renseignements sur la constitution interne de la Terre. On déduit de ces études sismiques que la Terre est composée de couches concentriques de constitution chimique différente : la croûte (continentale ou océanique), le manteau et le noyau, qui représente le cœur de la Terre. Le manteau et le noyau constituent la majeure partie de la masse terrestre. La croûte forme avec la partie superficielle du manteau supérieur la lithosphère, entité rocheuse, solide et rigide, épaisse de 70 km sous les océans et de 150 km sous les continents. Sous la lithosphère, l’asthénosphère, partie supérieure dense du manteau, présente un comportement visqueux.

L’âge de la Terre est estimé à 4,6 milliards d’années environ. Elle s’est formée par accrétion d’une partie des poussières et des gaz cosmiques qui n’ont pas servi à la formation du Soleil, étape à la suite de laquelle elle devait avoir une structure homogène et être relativement froide. Cependant, la contraction continue de ces poussières et de ces gaz, ainsi que les rayonnements radioactifs émis par certains éléments lourds, ont provoqué le réchauffement de la planète. La Terre est ensuite entrée en fusion sous l’effet de la gravité. Les silicates plus légers sont remontés pour former le manteau et la croûte, et les éléments plus lourds, principalement le fer et le nickel, se sont accumulés au centre de la Terre pour constituer le noyau.

Seuls les éléments qui composent la croûte et le manteau supérieur sont accessibles et observables depuis la surface de la Terre. On peut déterminer la composition chimique des différentes enveloppes de la Terre par l’étude des roches.

La partie supérieure de la croûte correspond aux continents. Elle a une densité moyenne de 2,7 et est formée de roches magmatiques et de roches sédimentaires, dont la composition chimique est proche de celle du granite. La croûte profonde a une densité de 3. Elle est constituée de roches plus denses, les roches basaltiques, qui constituent le fond des bassins océaniques.

La densité du manteau augmente avec la profondeur : elle varie de 3,3 à 6. Le manteau est divisé en 2 parties : le manteau externe et le manteau interne. Le manteau externe est constitué de silicates de fer et de silicates de magnésium, tels que l’olivine. Il est possible que la partie inférieure du manteau externe soit formée d’un mélange d’oxydes de magnésium, de silicium et de fer.

Au final, les enveloppes de la Terre sont constituées majoritairement d’un petit nombre d’éléments dits majeurs : silicium (Si), oxygène (O), magnésium (Mg), fer (Fe), calcium (Ca), sodium (Na), potassium (K), aluminium (Al), contenus dans un petit nombre de minéraux principaux : olivines, pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas.

Les constituants du manteau profond et du noyau sont inaccessibles à l’observation. On peut toutefois supposer leur composition à partir des modèles de formation de la Terre. Ainsi, il semble que le noyau externe et le noyau interne soient principalement composés de fer, avec un faible pourcentage de nickel et d’autres éléments.

La lithosphère est découpée en douze plaques lithosphériques semi-rigides distinctes. Leurs frontières sont des zones d’activité tectonique, où les éruptions volcaniques et les séismes sont fréquents. Les plaques lithosphériques « flottent » et se déplacent sur l’asthénosphère (du grec asthenos signifiant « sans force »), couche dense et visqueuse.

Les mouvements relatifs des plaques lithosphériques déterminent trois types de frontières :

• les frontières divergentes, qui se situent au niveau des dorsales océaniques : elles se forment lorsque deux plaques s’éloignent l’une de l’autre (divergent), créant un rift. Ce rift est comblé par du magma provenant des éruptions volcaniques sous-marines, ce qui forme en continu de la nouvelle croûte océanique ;
• les frontières convergentes correspondent à la rencontre de deux plaques, créant des zones de subduction (avec enfoncement d’une plaque sous l’autre) ; cette convergence lithosphérique est la principale cause de la formation des chaînes de montagnes, des volcans et des tremblements de terre ;
• les frontières transformantes (ou décrochantes) se forment lorsque deux plaques coulissent l’une contre l’autre, entraînant une fissure dans la croûte terrestre appelée faille, à l’instar de la faille de San Andreas en Californie (États-Unis).

Les mouvements des plaques sont expliqués par les propriétés thermiques du globe. En effet, une chaleur intense, issue du noyau interne, est émise en permanence vers les différentes couches concentriques qui forment la partie solide de la planète. Des courants de convection au sein du manteau transfèrent la majeure partie de cette énergie calorifique du noyau de la Terre vers la surface. Ce sont ces courants de convection qui sont à l’origine de la tectonique des plaques.

Ces flux de chaleur fournissent des roches chaudes en fusion aux dorsales océaniques et alimentent en lave les volcans terrestres en éruption.