Le domaine continental et sa dynamique chap. 1 & 2

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Chapitre 1 : Les caractéristiques du domaine continental

Problème scientifique à résoudre

Comment expliquer que les régions émergées soient essentiellement constituées de croûte continentale et présentent des reliefs ?

Les différences d'altitude et leur explication

Les reliefs sur Terre et les types de roches associées

L'altitude moyenne des continents est de 800m et de – 3400 m pour les océans si on utilise l'outil d'observation de la Terre par satellite de la Nasa NEO.

Ces différences s'expliquent par des différences au niveau de la nature des roches de la croûte océanique et par des différences de densité.

La croûte continentale est formée de roches dont la densité avoisine celle du granite, environ 2,7,  quand la croûte océanique est formée de roche dont la densité est voisine de celle des basaltes et gabbros (2,9). La croûte terrestre repose sur le manteau constitué de péridotite de densité 3,3. L'épaisseur moyenne de la croûte continentale est de 30 Km quand elle n'est que de 5 Km sous une jeune croûte océanique.

Équilibre des reliefs sur le manteau et profondeur du Moho

a) Les anomalies gravimétriques

Les cartes gravimétriques des anomalies de Bouguer où on enlève les effets de l'altitude, de la latitude et des reliefs sur le champ de gravité, indiquent une anomalie négative du champ de pesanteur terrestre sous les grands reliefs que sont les chaînes de montagnes. La gravité y est moins forte qu'attendue ce qui ne peut s'expliquer que par un déficit de masse sous les chaînes de montagnes.

b) La présence d'une racine crustale sous les chaînes de montagne

voir 1er § 2 p 154

On mesure un approfondissement du Moho sous les chaînes de montagnes. Cet approfondissement permet de compenser l'excès de masse à l'air libre dû aux reliefs.

On peut utiliser un logiciel de simulation qui calcule la pression exercée par la colonne de roche sur une surface donnée appelée surface de compensation. Ce logiciel utilise le modèle d'Airy.

Df : L'isostasie est un état d'équilibre réalisé à une profondeur, appelée profondeur de compensation, pour laquelle la pression exercée par les colonnes de roches situées au dessus est la même en tout point.

BILAN

On constate effectivement que la lithosphère est en équilibre sur l'asthénosphère selon le phénomène d'isostasie.

Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale.

Différence d' »altitude » entre océans et continents

La densité de la croûte océanique, plus élevée, est responsables de l'altitude moyenne négative des océans.

Le modèle de Pratt reproduit mieux les variations latérales de densité observées pour la lithosphère océanique. En effet cette densité augmente entre la mise en place de la lithosphère océanique jeune et sa disparition par subduction.

Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent donc par des différences crustales.

Apprendre le schéma bilan p 157 en haut

TP  En TP :

Utiliser les temps de trajets des ondes sismiques se réfléchissant sur le Moho  pour évaluer la profondeur du Moho sous une chaîne de montagne.

Identifier les roches caractéristiques de la croûte continentale, de la croûte océanique et du manteau. Connaître leur localisation dans le globe et leurs densités.

Savoir utiliser et critiquer un modèle analogique pour étudier le phénomène d'isostasie.

Comprendre le principe d'une carte gravimétrique et connaître l'existence d'anomalies gravimétriques sous les chaînes de montagnes.

Ages de la croûte terrestre

Méthode d'étude

En physique nucléaire, un isotope est un corps simple ayant le même numéro atomique (nombre de protons) qu'un autre, des propriétés chimiques presque identiques (même élément chimique), mais une masse atomique différente.

Les différences physiques entre isotopes d'un même élément sont dues à la différence de constitution du noyau de l'atome : le nombre de protons, correspondant à son numéro atomique Z, reste toujours inchangé ; c'est le nombre de neutrons N qui diffère d'un isotope à l'autre d'un même élément.

Les isotopes se désintégrant par radioactivité s'appellent des isotopes radioactifs, et ils génèrent des isotopes dits radiogéniques. On parle aussi d'isotopes pères et d'isotopes fils des réactions de désintégration radioactive.

La vitesse de désintégration d'un isotope père P en isotope fils F est proportionnelle à la quantité d'isotope père. On a donc:

dNP/dt = -λ NP ou dNt/dt = -λ N₀

La constante de proportionalité, λ, s'appelle la constante de désintégration. Sa valeur dépend de l'isotope considéré, et représente la vitesse de la désintégration. Elle s'exprime généralement en an⁻¹.

On peut définir la période T1/2, appelée aussi demi-vie, comme le temps au bout duquel la quantité initiale d'élément père a été divisée par deux. T1/2 s'exprime donc en années.

Par intégration, on obtient :

Nt = N0 . exp (- λ. t)

où :

N0 est le nombre d'atomes radioactifs présents à l'instant initial

Nt est le nombre d'atomes radioactifs présent à l'instant t

Cette loi mathématique est une loi de décroissance exponentielle en fonction du temps.

La plupart du temps on ne mesure pas la quantité d'un élément radioactif dans un échantillon mais le rapport d'abondance entre le nombre d'atomes de deux isotopes du même élément. Cette grandeur est donc sans unité. Cette mesure est réalisée grâce à un spectromètre de masse.

Cas où la quantité initiale* d'isotopes est inconnue : la méthode la droite isochrone

*Nombre d'isotopes au moment de la fermeture de l'échantillon. (La fermeture de l'échantillon se produit quand les conditions de cristallisation ou de température de la roche font qu'il n'y a plus d'échanges entre l'échantillon étudié et son environnement.)

Ce problème de datation renferme 2 inconnues :

• la quantité initiale d’isotope ;

• l’âge de l’échantillon.

Il est donc nécessaire de disposer d’au moins 2 équations. Pour ce faire, on effectue une mesure sur deux constituants équivalents du même échantillon.

Pour éviter le problème posé par le fait que les quantités initiales des isotopes impliqués dans les réactions radioactives sont différentes dans les deux échantillons, on mesure les rapports isotopiques qui sont bien sûr identiques (mais inconnus) à l’origine.

On utilise la quantité de l'isotope stable 86 Sr pour pouvoir calculer un rapport isotopique plus aisé à mesurer avec un spectromètre de masse mais surtout qui donne un rapport 87Sr/86Sr identique pour tous les minéraux d'une roche au moment de la fermeture du système. En effet il s'agit du rapport de deux isotopes d'un même élément chimique qui se répartit entre minéral et liquide en fonction de ses propriétés chimiques et non de ses propriétés nucléaires. Pour un même magma d'origine ce rapport sera identique.

En revanche le strontium et le rubidium ont des affinités chimiques différentes. Le strontium lors de la cristallisation d'un magma va intégrer des minéraux qui cristalliseront plus tôt que le rubidium. Les différents minéraux d'une roche et les différents échantillons d'un même ensemble auront donc un rapport 87Rb/86Sr différent. Comme chaque atome de Rb qui se désintègre devient un atome de 87 Sr le rapport 87Rb/86Sr diminue dans les même proportion que le rapport 87Sr/86Sr qui, lui, augmente. On obtient donc une courbe isochrone sur laquelle les mesures effectuées dans les divers échantillons de même origine au même moment s'alignent.

Diagramme isochrone (à connaître)

En faisant une résolution graphique on trouve que la pente de la droite :

A= exp (λt −1) ⇔  t=ln(A+1)

                                      λ

La ½ vie de ce couple est de 50 Ga.

Il est utilisé pour des durées allant de quelques dizaines de millions d'années jusqu'à des centaines de millions d'années.

Les méthodes de radiochronologie, utilisant divers couples d'isotopes radioactifs ont permis de dater les plus anciennes roches sur Terre. Ainsi les gneiss d'Acasta au Canada (n°32 sur la carte) sont datés à 4,03 Ga. On connaît aussi des Zircons (minéraux très résistants) trouvés dans un banc de gravier des Jack Hills (n°10 sur la carte) en Australie datés de 4,4Ga. La roche-mère des zircons se serait formée à température peu élevée, à proximité de la surface, au contact des eaux de pluie ou des eaux océaniques. Ils ont été datés grâce au couple d’éléments U/Pb.

Répartition géographique des grandes provinces archéennes (-1.5Ga)

(d'après Condie 1981 et Goodwin 1991)

En bleu foncé les régions où des roches plus vieilles que 2.5 Ga affleurent et en bleu clair zones où ces roches sont recouvertes de roches sédimentaires

Bilan :

On constate ainsi que l'âge de la croûte océanique n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie.

TPEn TP :

Savoir reconnaître au microscope polarisant des minéraux contenant du rubidium ou du strontium, le feldspath orthose et mes micas ;

Savoir utiliser un tableur pour tracer une isochrone à partir d'un tableau de données fourni ;

Savoir tracer une droite régression dans un tableur et obtenir son équation pour connaître la pente de la droite ;

Savoir rentrer une formule (fournie)  dans un tableur pour trouver l'âge d'une roche.

La mise en évidence des variations d'épaisseur actuelles ou passées de la croûte continentale et leur origine

Indices tectoniques de l'épaississement de la croûte continentale

Dans les chaînes de montagne actuelles on observe des indices tectoniques nombreux liés au raccourcissement de la croûte. En conséquence des empilements de nappes de croûte se produisent ce qui génère l'épaississement observé sous la forme de forts reliefs.

Par exemple : Les Alpes sont caractérisées par 82 sommets majeurs et 46 sommets mineurs de plus de 4000 m dont le plus célèbre et le plus important est le Mont Blanc ( 4807 m).

Définitions:

Plis : déformation résultant de la flexion ou de la torsion des roches

Failles inverses :. Cassure des terrains avec déplacement des parties séparées caractéristique d'un contexte de raccourcissement .

Chevauchement : Mouvement tectonique conduisant un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par l'intermédiaire d'une surface de contact anormale peu inclinée ou résultat de ce mouvement.

(Nappe de) charriage : Chevauchement de grande amplitude allant de la dizaine à la centaine de Km.

Figures tectoniques de compression

Savoir schématiser tous ces éléments.

TPEn TP :

Savoir faire un modèle de compression en utilisant  par exemple de la farine et du chocolat

Etre capable de mettre en évidence le raccourcissement et l'augmentation d'épaisseur lié à un phénomène de compression grâce à un modèle

Modèle de compression état initial

D. Séchet (CC BY-NC-SA)

Modèle de compression après raccourcissement - matériaux non tassés

D. Séchet. Mise en place d'une déformation souple = pli (CC BY-NC-SA)

Modèle de compression après raccourcissement - matériaux tassés

Séchet D.. Exemple de déformations cassantes = failles inverses (CC BY-NC-SA)

Savoir identifier des structures tectoniques sur des photographies de paysages

Indices pétrographiques de l'épaississement de la croûte continentale

L’épaississement crustal s'accompagne d'une modification des conditions de température et de pression pour les roches de la croûte et en particulier pour celles qui se trouvent en profondeur.

Qu'est ce qu'une roche?

De l'atome à l'oeil nu

Les associations minéralogiques qui caractérisent ces roches se modifient à l'état solide selon des réactions métamorphiques et se transforment en associations plus stables dans les nouvelles conditions de Pression et de température. Ces réactions se déroulent lentement et à l'échelle des âges géologiques ce qui explique que des associations stables à grande profondeur soient encore accessibles à la surface suite aux phénomènes d'érosion.

Les roches métamorphiques comme les schistes, les micaschistes et les gneiss sont caractérisés d'abord par l'apparition d'une schistosité (présence d'un feuilletage, acquis en réponse à des contraintes tectoniques) puis d'une foliation où certains minéraux s'alignent.

Certaines associations minéralogiques, caractéristiques des roches continentales, permettent de reconstituer les conditions de température et de pression auxquelles la roche a été portée.

Exemple de l'histoire du Lévezou

Les minéraux repères permettant de reconstituer les températures et pressions auxquelles les roches ont été soumises

A = Anatexie (fusion partielle)

Interprétation : De l'ouest vers l'est les roches du Lévezou ont subi des températures et pressions de plus en plus importantes.

Reconstitution des évènements subis par les roches de la région étudiée

L'empilement d'unités de croûte peut entraîner l'apparition de conditions de pression et de température telles que la fusion partielle des roches de la croûte continentale peut se produire et générer un magma. C'est l'anatexie. Les minéraux dont la température de fusion est la plus faible sont les premiers à passer en phase liquide. Il s'agit en premier lieu des quartz et des feldspaths. Ces liquides peuvent se déplacer dans la croûte et aller jusqu'à former des intrusions de granite dit d'anatexie (caractérisé par la présence de mica noir et de mica blanc), une fois recristallisés lentement en profondeur. Les traces de fusion partielle des roches de la croûte sont visibles dès la transformation des gneiss en migmatites (doc2 p151).

Un évènement majeur il y 300 à 350 Ma : la formation d'une gigantesque chaîne de montagne au milieu de la Pangée : la chaîne hercynienne.

Les gneiss étudiés dans le Lévezou se sont formés il y a 350 Ma environ. Ils sont les preuves de l'existence d'unités de croûtes empilées et ils gardent la trace de leur enfouissement en profondeur lors de la formation de la chaîne hercynienne. Ces roches sont remontées à la surface lors de l'érosion de la chaîne, ce qui permet de les étudier aujourd'hui.

TPEn TP  :

Identifier les minéraux des roches métamorphiques continentales comme les gneiss et les migmatite (fiches de reconnaissance p 402 à 405)

Utiliser un diagramme pression température pour placer des associations de minéraux et déterminer la température et la pression où ces minéraux étaient stables

Identifier les zones d'une migmatite qui montrent qu'une fusion partielle (anatexie) s'est produite.

Exemple: voir figure 1 et sa légende

Bilan :

Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques permettent de montrer un enfouissement très profond d'unités de croûte lors de la formation d'une chaîne de montagne puis leur remontée lors de sa disparition. On reconstitue ainsi un scénario de l'histoire de la chaîne.

Vérifiez vos connaissances pour le chapitre 1

Choix Multiple

Question

L'altitude moyenne des continents est de

Réponses

Option 1

4000 m

Option 2

400 m

Option 3

800 m

Echo en retour

Attention, il faut considérer la moyenne de l'altitude de toutes les surfaces continentales. Ne pas hésiter à vérifier la mémorisation de ce point plusieurs fois.

Attention, il faut considérer la moyenne de l'altitude de toutes les surfaces continentales. Ne pas hésiter à vérifier la mémorisation de ce point plusieurs fois.

Tout à fait .

Distribution bimodale des reliefs terrestres

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Question

L'altitude moyenne des océans est de

Réponses

Option 1

3400 m

Option 2

- 400 m

Option 3

- 3400 m

Echo en retour

Attention, il faut considérer la moyenne de l'altitude de toutes les surfaces des fonds océaniques. Il faut aussi penser que ce sont des altitudes négatives (en dessous du niveau de la mer =0). Ne pas hésiter à vérifier la mémorisation de ce point plusieurs fois.

Attention, il faut considérer la moyenne de l'altitude de toutes les surfaces des fonds océaniques. Ne pas hésiter à vérifier la mémorisation de ce point plusieurs fois.

C'est tout à fait cela.

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Liste mélangée

Mettez les propositions dans le bon ordre en respectant l'ordre des phrases donné par les numéros. Cliquez sur "Vérifier" quand vous avez terminé.

1. La croûte continentale est formée de roches

de densité = 2.7

2. La croûte océanique est formée de roches

de densité = 2.9

comme celle des basaltes et des gabbros.

3. Le manteau est constité de péridotites

de densité = 3.3

Vérifier

Correct !

Désolé... La réponse correcte est:

Complétez les définitions

Lisez le paragraphe ci-dessous et saisissez les mots manquants. Au fur et à mesure de votre saisie la couleur de la case passera de rouge à verte quand la réponse sera bonne.

La racine crustale correspond à l' Remplir les blancs (1): JXUwMDNkJXUwMDBiJXUwMDA4JXUwMDA5JXUwMDAxJXUwMDBkJXUwMDA2JXUwMDA4JXUwMDA4JXUw MDBiJXUwMDFh de la croûte Remplir les blancs (2): JXUwMDNiJXUwMDBjJXUwMDAxJXUwMDFhJXUwMDFkJXUwMDA3JXUwMDBiJXUwMDBiJXUwMDFhJXUw MDE1JXUwMDBkJXUwMDA5 dans le Remplir les blancs (3): JXUwMDM1JXUwMDBjJXUwMDBmJXUwMDFhJXUwMDExJXUwMDA0JXUwMDE0 observée sous les chaînes de montagne. Elle se caractérise par un approfondissement du Remplir les blancs (4): JXUwMDE1JXUwMDIyJXUwMDA3JXUwMDA3 .

L'isostasie est un état d' Remplir les blancs (5): JXUwMGIxJXUwMDk4JXUwMDA0JXUwMDFjJXUwMDA1JXUwMDA1JXUwMDBiJXUwMDEwJXUwMDE3 réalisé au niveau de la profondeur de Remplir les blancs (6): JXUwMDNiJXUwMDBjJXUwMDAyJXUwMDFkJXUwMDE1JXUwMDBiJXUwMDFkJXUwMDEyJXUwMDE1JXUw MDFkJXUwMDA2JXUwMDAx , pour laquelle la Remplir les blancs (7): JXUwMDI4JXUwMDAyJXUwMDE3JXUwMDE2JXUwMDAwJXUwMDFhJXUwMDA2JXUwMDAx exercée par les colonnes de roches situées au Remplir les blancs (8): JXUwMDNjJXUwMDAxJXUwMDE2JXUwMDAwJXUwMDA2JXUwMDA2 est la même en tout point.

Activer le JavaScript

Si vous avez rencontré des difficultés pensez qu'il faudra à nouveau travailler les notions et vérifier votre mémorisation plusieurs fois en espaçant les moments de vérification.

Choix Multiple

Question

Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par

Réponses

Option 1

des croûtes différentes

Option 2

des différences dans le manteau.

Option 3

la présence d'eau.

Echo en retour

C'est tout à fait cela. Les deux types de croûtes océaniques n'ont ni la même densité ni la même épaisseur.

La composition du manteau lithosphérique est globalement assez homogène et ne permet pas d'expliquer les différences observées en surface.

L'eau sur Terre est soumise à la gravité et va s'accumuler là où les altitudes sont les plus faibles c'est à dire au niveau des bassins océaniques.

Solution

Option correcte (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Question

Un isotope qui se désintègre naturellement au cours du temps est appelé

Réponses

Option 1

radiogénique

Option 2

radioactif

Echo en retour

A mieux mémoriser : La désintégration des isotopes radioactifs (isotopes pères)  laisse place à des isotopes radiogéniques (isotopes fils).

Tout à fait. La désintégration des isotopes radioactifs (isotopes pères)  laisse place à des isotopes radiogéniques (isotopes fils).

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Question

La vitesse de désintégration d'un isotope père P en isotope fils F est ...

Réponses

Option 1

inversement proportionnelle à la quantité d'isotope père.

Option 2

proportionnelle à la quantité d'isotope père.

Echo en retour

A revoir. Pour mieux mémoriser :

Voici la loi de décroissance radioactive

dNP/dt = -λ NP ou dNt/dt = -λ N0
La constante de proportionalité, λ, s'appelle la constante de désintégration. Sa valeur dépend de l'isotope considéré, et représente la vitesse de la désintégration. Elle s'exprime généralement en an-1.

◦ N0 est le nombre d'atomes radioactifs présents à l'instant initial
◦ Nt est le nombre d'atomes radioactifs présent à l'instant t

Tout à fait. Voici la loi de décroissance radioactive

dNP/dt = -λ NP ou dNt/dt = -λ N0
La constante de proportionalité, λ, s'appelle la constante de désintégration. Sa valeur dépend de l'isotope considéré, et représente la vitesse de la désintégration. Elle s'exprime généralement en an-1.

◦ N0 est le nombre d'atomes radioactifs présents à l'instant initial
◦ Nt est le nombre d'atomes radioactifs présent à l'instant t

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Question

Quand la quantité initiale d'isotopes est inconnue on peut mettre en place la méthode de la droite isochrone. On l'utilise souvent avec le couple Rubidium/strontium. Quelle information du graphique nous permet de trouver un âge pour l'échantillon étudié?

Réponses

Option 1

la surface sous la courbe.

Option 2

La pente de la droite isochrone.

Echo en retour

A revoir.

Résolution graphique on trouve que la pente de la droite :

A= exp (λt −1) ⇔t=ln(A+1)
                                      λ

Tout à fait. Rappel :

Résolution graphique on trouve que la pente de la droite :

A= exp (λt −1) ⇔t=ln(A+1)
                                      λ

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Question

La radiochronologie permet de connaître l'âge de la croûte océanique qui

Réponses

Option 1

ne dépasse pas 2 Ga.

Option 2

ne dépasse pas 2 Ma.

Option 3

ne dépasse pas 200 Ma.

Echo en retour

Rappel : G = milliard

Revoir cette notion.

Rappel : M = million.

Revoir cette notion.

Tout à fait.

Solution

Incorrect (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Option correcte (Echo en retour)

Question

La radiochronologie permet de connaître l'âge de la croûte continentale qui

Réponses

Option 1

date par endroit de plus 4 Ga.

Option 2

ne date jamais de plus de 800 Ma.

Option 3

date par endroit de plus de 10 Ga.

Echo en retour

Tout à fait.

A revoir.

Ce serait plus que l'âge de la Terre : 4.56 Ga.

Solution

Option correcte (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Incorrect (Echo en retour)

Vérifiez votre maîtrise des définitions

Lisez et complétez

Remplir les blancs (1):

normales

Chevauchement

Faille

Pli

inverses

déplacement

JXUwMDA4JXUwMDNjJXUwMDA1 : déformation résultant de la flexion ou de la torsion des roches.
Failles Remplir les blancs (2):

normales

Chevauchement

Faille

Pli

inverses

déplacement

JXUwMDMxJXUwMDA3JXUwMDE4JXUwMDEzJXUwMDE3JXUwMDAxJXUwMDE2JXUwMDE2 : cassure des terrains avec Remplir les blancs (3):

normales

Chevauchement

Faille

Pli

inverses

déplacement

JXUwMDNjJXUwMDhkJXUwMDk5JXUwMDFjJXUwMDBkJXUwMDAyJXUwMDA2JXUwMDA4JXUwMDA4JXUwMDBiJXUwMDFh des parties séparées caractéristique d'un contexte global de raccourcissement .
Remplir les blancs (4):

normales

Chevauchement

Faille

Pli

inverses

déplacement

JXUwMDFiJXUwMDJiJXUwMDBkJXUwMDEzJXUwMDE3JXUwMDE0JXUwMDE2JXUwMDBiJXUwMDBkJXUwMDA4JXUwMDA4JXUwMDBiJXUwMDFh : Mouvement tectonique conduisant un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par l'intermédiaire d'une surface de contact anormale peu inclinée ou résultat de ce mouvement.
(Nappe de) charriage : Remplir les blancs (5):

normales

Chevauchement

Faille

Pli

inverses

déplacement

JXUwMDFiJXUwMDJiJXUwMDBkJXUwMDEzJXUwMDE3JXUwMDE0JXUwMDE2JXUwMDBiJXUwMDBkJXUwMDA4JXUwMDA4JXUwMDBiJXUwMDFh de grande amplitude allant de la dizaine à la centaine de Km.

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Schémas et définitions  à connaître : conséquences tectoniques des mouvements de compression sur les roches

Sélection multiple : plusieurs réponses correctes

Question

Les associations minéralogiques qui caractérisent les roches  métamorphiques

Réponses

Option 1

se modifient à l'état solide ;

Option 2

se modifient à l'état liquide (fusion) ;

Option 3

aboutissent à des associations de minéraux stables dans de nouvelles conditions de pression et de température ;

Option 4

transforment en associations plus stables dans de nouvelles conditions de pression uniquement, la température n'a pas d'influence ;

Option 5

transforment en associations plus stables de nouvelles conditions de température, la pression n'a pas d'influence ;

Option 6

se déroulent rapidement à l'échelle des temps géologiques ;

Option 7

se déroulent lentement à l'échelle des temps géologiques.

Echo en retour

Si vous avez des erreurs pensez à noter les éléments pour lesquels vous devrez vérifier à nouveau  que vous les avez mémorisés.

Solution

Correct

Incorrect

Correct

Incorrect

Incorrect

Incorrect

Correct

Complétez un bilan

Lisez le paragraphe ci-dessous et saisissez les mots manquants. Au fur et à mesure de votre saisie la couleur de la case passera de rouge à verte quand la réponse sera bonne.

Au cours de la formation d'une chaîne de montagne, le Remplir les blancs (1): JXUwMDJhJXUwMDEzJXUwMDExJXUwMDAwJXUwMDAyJXUwMDFkJXUwMDBjJXUwMDBiJXUwMDBkJXUw MDA4JXUwMDA4JXUwMDBiJXUwMDFh des plaques se traduit par l'empilement d'unités de croûte Remplir les blancs (2): JXUwMDNiJXUwMDBjJXUwMDAxJXUwMDFhJXUwMDFkJXUwMDA3JXUwMDBiJXUwMDBiJXUwMDFhJXUw MDE1JXUwMDBkJXUwMDA5 . Cet empilement entraîne l'apparition de Remplir les blancs (3): JXUwMDJhJXUwMDE3JXUwMDA5JXUwMDA1JXUwMDBjJXUwMDAzJXUwMDE1 et d'une Remplir les blancs (4): JXUwMDJhJXUwMDEzJXUwMDAyJXUwMDBhJXUwMDA3JXUwMDBiJXUwMDQ1JXUwMDQzJXUwMDExJXUw MDA3JXUwMDA2JXUwMDA3JXUwMDE1JXUwMDBkJXUwMDA5 . En profondeur les roches de la croûte se trouvent alors dans des conditions de pression et de température différentes ce qui va entraîner l'apparition de roches Remplir les blancs (5): JXUwMDM1JXUwMDg0JXUwMDlkJXUwMDE1JXUwMDBjJXUwMDAyJXUwMDFkJXUwMDAyJXUwMDE4JXUw MDAxJXUwMDE4JXUwMDA0JXUwMDEwJXUwMDE2 . Si les conditions de pression et de température augmentent encore la limite de l' Remplir les blancs (6): JXUwMDM5JXUwMDBmJXUwMDBmJXUwMDE1JXUwMDExJXUwMDFkJXUwMDExJXUwMDBj sera franchie et une Remplir les blancs (7): JXUwMDNlJXUwMDEzJXUwMDA2JXUwMDFhJXUwMDA2JXUwMDAxJXUwMDRlJXUwMDUwJXUwMDExJXUw MDEzJXUwMDA2JXUwMDFkJXUwMDBjJXUwMDA5JXUwMDAwJXUwMDA5 des roches de la croûte se produira.  Les roches qui ont subi ce phénomène s'appellent des Remplir les blancs (8): JXUwMDM1JXUwMDA0JXUwMDBlJXUwMDBhJXUwMDBjJXUwMDE1JXUwMDFkJXUwMDFkJXUwMDExJXUw MDE2 .  Si le phénomène est important, les liquides magmatiques vont remonter dans la croûte sous l'effet de leur densité plus faible où ils pourront former des intrusions de Remplir les blancs (9): JXUwMDNmJXUwMDE1JXUwMDEzJXUwMDBmJXUwMDA3JXUwMDFkJXUwMDEx d'anatexie.

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Schéma bilan : la collision

Séchet D. (CC BY-NC-SA)

Chapitre 2 : le contexte de la formation des chaînes de montagne

Problème scientifique à résoudre

Quel est le contexte tectonique de la formation des chaînes de montagnes et quels mécanismes sont responsables de leur formation?

Les traces d'un ancien domaine océanique

p 168-169

1) Les témoins de l'ancienne lithosphère océanique

Des vestiges (restes) d'une lithosphère océanique qui n'a pas complètement disparu, au cours de la subduction de l'océan pendant la convergence des plaques, existent dans les Alpes.

Ce sont les massifs ophiolitiques (une ophiolite*) qui présentent à l'affleurement et en altitude des roches caractéristiques d'une lithosphère océanique. Au Chenaillet on observe la succession de bas en haut : péridotites serpentinisées -->gabbros --> basaltes.

Rq : Dans ce cas les structures en coussins des basaltes sont conservées.

Ces portions de lithosphère océanique ont été charriées sur la croûte continentale au cours de la collision et constituent une suture de l'océan entre deux lithosphères continentales.

2) Les témoins de l'ancienne marge passive

Les marges passives actuelles sont caractérisées par la présence de blocs basculés de socle, séparés par des failles normales, sur lesquels il y a une sédimentation caractéristique anté, syn et postrift. On trouve dans les Alpes des témoignages de l'existence passée de telles marges continentales passives, au niveau des roches du socle de la zone externe. P170-171

Les traces de la disparition de l'ancien océan et de l'empilement des nappes continentales

1) La disparition de matériaux océaniques et continentaux en profondeur - p 172-173

Les métagabbros récoltés dans les Alpes [sur la photographie du lien : bien observer les auréoles réactionnelles autour des pyroxènes (liseré de couleur et d’aspect différents qui entoure chaque pyroxène) On peut trouver des métagabbros à Hornblende (liseré plus vert) et des métagabbros à glaucophane (liseré plus bleu). NB : Il existe aussi des métagabbros à chlorite et actinote qui sont des minéraux vert clair à l’oeil nu.] présentent des associations minérales caractéristiques, vestiges de leur passage à grande profondeur au sein d'une lithosphère océanique froide typique d'une zone de subduction. Ces associations nouvelles ont été acquises au cours de réactions métamorphiques qui se produisent à l'état solide sous l'effet de modifications de température et de pression.

Rappel : gabbro au microscope polarisant (un gabbro n'a pas subi de métamorphisme de subduction).

On observe fréquemment des auréoles réactionnelles caractéristiques de la réalisation de ces réactions.

Modélisation numérique NetBiodyn :

Modèle numérique de schiste bleu

Séchet D. Logiciel NetBiodyn (CC BY-NC-SA)

Modèle numérique : résultat de la subduction sur un schiste bleu

Séchet D. Modèle NetBiodyn (CC BY-NC-SA)

Exemples d'éclogites observée à l'oeil nu ou au microscope polarisant (gros grenat au centre)

On observe également l'existence de roche de la croûte continentale présentant de la coésite*, minéral caractéristique de la croûte continentale (famille du quartz) qui ne se forme que dans des conditions de ultra haute pression pour des profondeurs supérieures à 100 Km environ.

*De minuscules cristaux de quartz se sont formés autour de la coésite à son détriment au cours de la remontée de la roche vers la surface.

Bilan : Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d'une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction.

Schéma d'une zone de subduction (l'éventuel prisme d'accrétion n'a pas été représenté).

2) Le raccourcissement continental

On observe dans les Alpes des reliefs nombreux dont le Mont Blanc à 4807m. On observe également les structures caractéristiques du raccourcissement (failles inverses, plis, chevauchements et nappes de charriage). L'étude du profil de sismique réflexion (TP et p 176) montre l'empilement de grandes unités de croûte ou nappes séparées par des discontinuités majeures que sont les grands chevauchements.

Profil de sismique réflexion obtenu dans les Alpes

Les données de tomographie sismique réalisées sous l'Himalaya (doc 3 p 177) montrent que la plaque indienne devient verticale sous la chaîne de montagne et s'enfonce dans le manteau jusqu'à 800 Km. Il s'agit d'une véritable subduction continentale.

Les images de tomographie sismique sont interprétées en tenant compte du fait que les ondes sismiques se déplacent plus vite dans des matériaux rigides et froids et plus lentement dans des matériaux plus ductiles et plus chaud.

Bilan : Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.

Schéma complémentaire

Légendes à ajouter : racine crustale, empilements de nappes de croûte continentale, grands chevauchements, reliefs.

Remarque : l'exemple majoritairement utilisé est celui des Alpes mais la succession des événements présentée ici correspond à un scénario type qui n'est jamais parfaitement réalisé sur le terrain. En revanche on peut observer divers site montrant toutes sortes d'étapes à des stades différents.

Le moteur de la disparition de l’océan et de la convergence

1) Les âges des lithosphères océaniques sur Terre

Voir cartes de la fin du livre

On constate qu'en surface aucune lithosphère océanique n'a plus de 200 millions d'années. Toutes les lithosphères océaniques plus âgées ont disparu par subduction.

2) Les moteurs de la subduction 

On recherche d'abord les transformations subies par une lithosphère océanique au cours de son vieillissement et qui font qu'elle n'est plus en équilibre sur l’asthénosphère.

Le calcul nous indique que très rapidement (10 Ma) la lithosphère océanique devient instable sur l'asthénosphère parce qu'elle est plus lourde qu'elle.

Bilan : en vieillissant et en se refroidissant la lithosphère s’enfonce de plus en plus dans l’asthénosphère : c'est la subsidence thermique*. Elle explique que la profondeur moyenne du plancher océanique soit de 5 à 6 Km dans les plaines abyssales.

* En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et par conséquent se contracte. La même quantité de matière occupe un espace plus restreint, la densité de la lithosphère augmente. Une lithosphère plus âgée, plus dense, aura tendance à s’enfoncer davantage : on parle de subsidence thermique.

Ensuite on peut s'interroger sur ce qui entretient cette subduction :

Problème : quand une lithosphère atteint sa densité critique (3,25) et qu’elle commence à subduire, elle se réchauffe légèrement, sa densité diminue un peu et redevient inférieure à celle de l’asthénosphère. Cela devrait suffire à bloquer l’enfoncement.

Cependant La transformation basalte/éclogite transforme la croûte océanique qui passe d'une densité de 2,8 à une densité de 3,4.

Il est donc possible d'effectuer le même type de calcul que précédemment pour expliquer pourquoi la subduction va continuer.

Un modèle analogique peut être réalisé pour montrer le comportement d'une lithosphère océanique épaissie.

En haut (vue du dessus), en bas (vue de profil). Un aquarium est rempli de tapioca qui représente le manteau, de la "patafix" d'épaisseur 4 mm simule la lithosphère océanique. Elle est  épaissie à proximité de la zone de subduction.

Vous voulez simuler la subduction dans votre cuisine : c'est là! Attention prévoir du temps, de grands récipients et de faire la vaisselle rapidement!

Vidéo du résultat (clic droit ouvrir dans un nouvel onglet en cas de difficulté) :

Bilan : La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit.

L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère.

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