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La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la fine couche de roche solide à la surface de la Terre. Elle est découpée en plusieurs grandes plaques qu'on appelle plaques tectoniques.

La lithosphère est constituée de la croûte et de la partie superficielle du manteau supérieur. La limite inférieure de la lithosphère (c'est-à-dire la limite entre le manteau supérieur rigide et le manteau supérieur ductile) se trouve à l'isotherme où l'olivine (minéral largement dominant dans le manteau) atteint son point de fusion : aux alentours de 1200 °C. Cette profondeur varie de quasiment 0 km au niveau des dorsales océaniques, à plus de 200 km sous les vieux continents.

À cause d'une fusion partielle des minéraux constituant l'olivine (entre 1 et 5 %), les matériaux deviennent moins visqueux (c'est-à-dire plus rigides) et il se produit un transfert de chaleur par convection dans l'asthénosphère, alors qu'il se fait par conduction dans la lithosphère.

La transformation d'un manteau rigide dans la lithosphère, en un manteau plus déformable dans l'asthénosphère, est responsable d'une diminution de la vitesse et d'une atténuation marquée des ondes sismiques P et S au niveau de la « Zone à faible vitesse ou LVZ ».