Comment expliquer les différences d`altitude moyenne entre
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GÉOLOGIE Thème I : La Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant Partie B : Le domaine continental et sa dynamique Chapitre 2 : Lithosphère océanique et continentale : 2 enveloppes aux caractéristiques différentes Introduction Répartition bimodale des altitudes Structure CO différente de celle de la CC Comment expliquer les différences d’altitude moyenne entre continents et océans ? Hypothèses : La nature et la composition des roches des croûtes (pétrographie), la densité, les mouvements tectoniques… est(sont) responsable(s) de la différence d’altitude entre océans et continents. En quoi la pétrographie de la croûte continentale peut-elle expliquer la différence d’altitude entre continents et océans ? I–Caractérisation pétrographique de la LC 1–Rappels structuraux 2–Roches de la LC C R O Û T E S LO LC R. sédimentaires Sédiments, Sédiments R. magmatiques Basalte, Gabbro Granite R. métamorphiques Métagabbros (facies amphibolite et facies schistes verts) Gneiss, Migmatites Manteau lithosphérique Péridotites La croûte continentale est principalement formée de roches voisines du granite. 3–Une pétrographie témoignant d’un épaississement crustal (TP2) - Gneiss : roche métamorphique témoignant, par son nouveau minéral (silimanite) et l’orientation de ses minéraux, de la transformation à l’état solide de granite sous l’action de la température et la pression . Conditions obtenues à plus de 20 km de profondeur. - Migmatite : roche témoignant, par sa structure (M et R), de la fusion partielle d’un gneiss sous l’action de la température et la pression . Conditions obtenues à plus de 30 km de profondeur. Les roches métamorphiques comme le gneiss, trouvées dans les chaînes de montagnes, sont le résultat de transformations à l’état solide liées à une augmentation de la pression et de la température d’une roche initiale (protolithe). Certaines roches comme les migmatites témoignent d’une fusion partielle liée à cette augmentation de pression et de température. Protholithe : • Granite • Roches sédimentaires détritiques (grès…) Enfouissement Fraction liquide = magma à l’origine d’un granite (Ortho)gneiss (d’anatexie) en Enfouissement puis refroidissant fusion partielle (Para)gneiss Hydratation Abaissement du point de fusion Augmentation de la pression et de la température MIGMATITE Fraction solide = gneiss résiduel (Restite) Augmentation de la pression et de la température plus importante Des indices pétrographiques (métamorphisme, traces de fusion partielle) mettent en évidence un épaississement de la croûte continentale par rapport à la croûte océanique. Les différences d’altitude moyenne entre les continents et les océans peuvent s’expliquer par des différences crustales. Comment peut-on expliquer cette différence d’épaisseur crustale ? II–Caractérisation tectonique de la CC 1–Données de terrain (Alpes) •Plis : déformations ductiles •Failles inverses : déformations cassantes qui font remonter un compartiment ancien au-dessus d’un compartiment plus récent •Chevauchements : déformations cassantes dues à des mouvements tectoniques conduisant un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par l’intermédiaire d’un contact anormal peu incliné •Nappes de charriage : déformations cassantes observées lorsque le chevauchement dépassant l’ordre du km et devenant très important, au risque de ne plus pouvoir identifier son enracinement. L’ensemble de ces observations témoigne d’un raccourcissement des terrains et donc de leur épaississement 2–Contexte géodynamique des chaines de montagnes (QDS1) Schémas explicatifs pour mettre en évidence épaississement et raccourcissement Les plis, les failles inverses et les nappes de charriage (chevauchements à grande échelle) sont les indices tectoniques qui marquent un épaississement de la croûte continentale suite à des contraintes compressives. Couche 3 Couche 2 Couche 1 Épaississement Épaississement Épaississement Raccourcissement Échelles PLI cm à 100aine m Raccourcissement FAILLE INVERSE cm à 100aine m Raccourcissement CHEVAUCHEMENT/NAPPE km à 10aine km 100aine km AUGMENTATION DES FORCES DE COMPRESSIONS Ces indices tectoniques témoignent de l’existence forces de compression exercées dans des zones de convergence. L’épaississement de la croûte continentale par rapport à la croûte océanique est liée à un raccourcissement et un empilement des roches (épaississement). Cet empilement est à l’origine d’un enfouissement des roches qui entraine l’augmentation de la pression et de la température engendrant du métamorphisme et de la fusion partielle. Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques permettent de reconstituer un scénario de l’histoire d’une chaîne de montagnes. Comment expliquer l’équilibre de la LC sur l’asthénosphère malgré l’épaississement crustal ? III–La LC : une enveloppe en équilibre sur l’asthénosphère (Alpes, TP3) 1–Corrélation entre épaississement crustal et densité La croûte continentale est d’une épaisseur plus grande mais d’une densité plus faible que la croûte océanique : elle reste donc en surface. Par ailleurs, les roches crustales, ont une densité moindre que les roches mantelliques, qui restent donc sous-jacentes. Ainsi, la densité lithosphérique est inférieure à celle de l’asthénosphère : la lithosphère est donc en équilibre sur l’asthénosphère. 2–Compensation de l’épaississement mouvements verticaux crustal par des Au relief positif qu’est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale. L’équilibre de la lithosphère sur l’asthénosphère est donc maintenu grâce à des mouvements verticaux traduisant un phénomène d’isostasie. Comment estimer l’âge des roches crustales et expliquer la différence observée entre océans et continents ? IV–LC et LO : 2 enveloppes d’âge différent (Alpes, TP4) 1–Données géologiques La croûte continentale date, par endroits, de plus de 4 Ga, alors que l’âge de la croûte océanique n’excède pas 200 Ma. Cet âge est déterminé par radiochronologie (+ âge des fossiles pour les sédiments et paléomagnétisme pour la CO). 2–Les zones de subduction : une explication à cette différences d’âge En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique, de plus en plus vieille, se refroidit, s’épaissit et devient plus dense, donc s’enfonce. L’augmentation de sa densité au-delà d’un seuil d’équilibre explique son plongement dans l’asthénosphère. La différence de densité entre l’asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est donc la principale cause de la subduction. La disparition de la LO au niveau des zones de subduction explique donc qu’en surface l’âge de la LO n’excède pas 200 Ma. Conclusion La CC affleure dans les régions émergées alors que la CO reste immergée en profondeur. La pétrographie, le contexte géodynamique et la densité variables entre CC et CO expliquent ces différences d’altitude moyenne. Par ailleurs, les différences d’âge entre LO et LC sont expliquées par l’enfoncement d’une LO sous une autre plaque lithosphérique au niveau des zones de subduction. Ce phénomène contribue à la différence d’altitude entre continents et océans.
