filière bcpst composition de géologie - banques

ÉCOLES NORMALES SUPÉRIEURES
ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉES
CONCOURS D'ADMISSION SESSION 2013
FILIÈRE BCPST
COMPOSITION DE GÉOLOGIE
Épreuve commune aux ENS de Cachan, Lyon, Paris et de l'ENPC
Durée : 4 heures
? ? ?
• L'usage d'une calculatrice électronique de poche à alimentation autonome, non
imprimante et sans document d'accompagnement, est autorisé.
• L'épreuve comprend deux parties qui peuvent être traitées indépendamment.
• Deux documents sont à compléter et rendre avec la copie, sans aucun signe distinctif.
• La qualité de la rédaction et de la présentation sera prise en compte dans la notation
de la copie.
Page 1/21 Du lac Baïkal à la Sibérie russe
1
Le Lac Baïkal
Avec un volume de 23 000 km3 et une profondeur maximale de 1 637 m, le lac Baïkal,
en Sibérie, est la plus grande réserve d'eau douce d'Asie et le lac le plus profond du monde.
Il s'étend du Sud-Sud-Ouest au Nord-Nord-Est sur 636 km, à une altitude moyenne de
455 m.
1.1
Le fonctionnement du lac Baïkal
Le Baïkal est un lac dimictique : les tranches d'eau supérieure (épilimnion, ≈100 m,
agité par les vagues) et inférieure (hypolimnion ) se mélangent deux fois par an au
printemps et en automne et les eaux sont ainsi brassées.
Question 1.1.1
La masse volumique de l'eau douce, notée ρ, dépend de la température et de la
pression. À la pression atmosphérique, elle évolue selon l'équation :
ρ = 5 × 10−5 × T 3 − 0, 0082 × T 2 + 0, 0621 × T + 999, 5
Calculez la température à laquelle la masse volumique de l'eau atteint sa valeur
maximale Tm.d. .
Question 1.1.2
La température du maximum de densité, Tm.d. , évolue également avec la pression,
donc la profondeur : elle diminue de 0,2 ◦C par 100 m.
En exploitant la gure 3a et la table 1, proposez une explication au mélange des
eaux supérieures et inférieures. À quel processus physique très général correspond ce
phénomène ?
Question 1.1.3
Près des côtes, en particulier aux embouchures des euves, les températures des
eaux évoluent plus vite que celles du large, surtout au printemps et à l'automne.
Des diérences de températures horizontales apparaissent, avec des masses d'eaux
adjacentes de températures respectivement supérieure et inférieure à Tm.d. .
En vous appuyant sur l'exploitation du document 3b et sur vos précédentes analyses, expliquez les eets que pourrait avoir ce phénomène sur la dynamique horizontale et verticale du lac.
Question 1.1.4
En dessous de 100 m environ, les eaux du lac ont une température quasi-constante de
3,6 ◦C. En hiver, la température de l'air ambiant peut descendre à =15 ◦C. En été,
elle atteint 18 ◦C.
1. Sachant que la conductivité thermique k de l'eau douce est de 0,6 W · m=1 · K=1 ,
calculez le ux de chaleur échangée, en été et en hiver, entre le lac et l'air à
travers cette pellicule de surface.
Page 2/21 2. Quels peuvent être les eets d'un lac aussi vaste et profond sur le climat des
alentours ?
Question 1.1.5
L'apport uvial actuel au lac est estimé à 61,1 km3 · a=1 :
61,6% amené par la seule Selenga, au sud-est,
17,1% par l'Angara supérieure, à l'extrémité nord,
8,1% par la Barguzin, à l'Est,
les 13,2% manquants étant apportés par plus de 300 autres rivières.
Les précipitations sont évaluées à 12,4 km3 · a=1 .
La rivière Angara inférieure, au sud-ouest, évacue 81% des sorties d'eau, les 19%
restants sont perdus par évaporation.
Avec ces données et le volume total du lac, calculez :
1. Le ux d'eau transporté par l'Angara inférieure ;
2. Le temps de résidence de l'eau dans le Baïkal, τ , (le volume d'eau du lac sera
supposé constant).
Question 1.1.6
Des mesures de δ 18 O ont été eectuées sur l'eau du lac ainsi que sur les rivières qui
l'alimentent et sur les précipitations. Rappelez la dénition du δ 18 O et son expression.
Question 1.1.7
Le coecient de fractionnement des isotopes d'un élément (comme l'oxygène), entre
deux phases A et B, est noté α et s'exprime par :
18O/ 16O
αA−B =
A
( 18O/ 16O)B
1. Pour une phase donnée A, exprimez δ 18OA en fonction du rapport αA−S entre
la phase considérée et une phase de référence S ;
2. Exprimer la diérence ∆A−B = δ 18OA − δ 18OB en fonction de αA−B .
On rappelle l'approximation : ln(1 + ) ∼ quand → 0
Question 1.1.8
Quels paramètres seraient susceptibles de faire varier les valeurs de δ 18O du lac ? (on
rappelle que celui-ci couvre 4° de latitude ).
Question 1.1.9
On suppose le lac à l'état stationnaire et l'on considère que la valeur isotopique
relevée à l'exutoire du lac, dans l'Angara inférieure, équivaut à celle du lac. À partir
des données précédentes et de la table 2, calculez, par un bilan des proportions
isotopiques, le δ 18O de la vapeur au-dessus du lac et le coecient de fractionnement
moyen αvapeur−lac .
La valeur obtenue vous paraît-elle valable ? Quelles critiques pourriez-vous faire du
calcul eectué ?
1.2
Le contexte tectonique actuel du lac
La région du Baïkal est le siège d'une importante sismicité et plusieurs séismes très
puissants (M > 5) y ont été ressentis au cours des trois derniers siècles (gure 2).
Page 3/21 Question 1.2.1
La gure 4 présente la morphologie de la rive ouest du lac, vue par satellite. Des
cours d'eau alimentent le lac depuis les reliefs.
Comment pourriez-vous expliquez l'escarpement Sud-Ouest Nord-Est visible sur
ce cliché et sa morphologie ? À l'aide de schémas, proposez un scénario de formation
pour ces structures.
Question 1.2.2
À partir de la gure 2, réalisez un schéma de la tectonique régionale et des mouvements au niveau du lac et aux alentours.
À quelle structure tectonique pourrait correspondre le lac Baïkal ? Quel autre exemple
pourriez-vous en donner ?
Question 1.2.3
Le nord-ouest du lac Baïkal est une zone peu élevée, recouverte de sédiments sur
un soubassement précambrien. Le sud-est, au contraire, est une région plissée et
déformée sur une large étendue, constituée de terrains paléozoïques et mésozoïques,
la chaîne Sayan-Baïkal.
La gure 6 présente un modèle rhéologique de la lithosphère selon une coupe perpendiculaire au lac. Quel éclairage ces données apportent-elles sur les diérences
morpho-tectoniques entre les régions nord-ouest et sud-est et sur la position géographique du lac ?
1.3
Structure profonde du lac et de ses alentours
Question 1.3.1
L'analyse gravimétrique de la région a permis de réaliser les cartes du document 5.
Rappelez la dénition d'une anomalie gravimétrique, les diérents types d'anomalies
et comment elle sont calculées.
Question 1.3.2
Analysez les images regroupées sur le document 5 et proposez des interprétations
aux résultats obtenus.
1.4
L'enregistrement sédimentaire du lac
Question 1.4.1
Des analyses sismiques ont abouti à l'image des profondeurs du lac de la gure 13.
1. Quelles types d'ondes sismiques se propagent à l'intérieur de la Terre ? À quels
mouvements des particules du matériau traversé correspondent-elles ?
2. Rappelez l'expression mathématique des vitesses de ces ondes. De quels propriétés du milieu dépendent-elles ? Vous préciserez les unités de ces paramètres.
Question 1.4.2
Expliquez le principe de la technique employée pour obtenir la gure 13.
Question 1.4.3
Analysez la gure 13 (en n d'énoncé) en y dessinant les structures tectoniques et
en précisant les diérents ensembles sédimentaires. Le document est à insérer en
feuille volante avec votre copie, sans aucun signe distinctif (ni numéro, ni
nom).
Page 4/21 1.5
Le Baïkal, enregistreur paléoclimatique
Question 1.5.4
La formation du lac Baïkal aurait débuté à l'Éocène, il y a plus de 30 Ma et aurait
accéléré vers =3,5 Ma. Ses dépôts sédimentaires représentent un enregistrement de
première importance des variations d'apports sédimentaires et des changements climatiques en milieu strictement continental, en particulier pour le Plio-pléistocène.
De plus, le lac couvrant 4° de latitude, il présente un gradient climatique Nord-Sud.
Comme le Baïkal est un lac dimictique, ses eaux sont oxygénées sur toute leur hauteur. Cette situation vous semble-t-elle favorable à l'enregistrement des paramètres
paléo-environnementaux dans les sédiments du lac ? Pourquoi ?
Question 1.5.5
La comparaison des sédiments prélèvés dans les bassins immergés avec les formations sédimentaires émergées, couplée aux études sismiques, conduisent à diviser le
remplissage sédimentaire du Baïkal en trois étapes :
Une première sédimentation n-oligocène à miocène, donnant des roches à grain
n (argiles lacustres, silts, grès ns) ;
Un deuxième épisode commence entre -10 et -4 Ma selon les endroits (il est donc
diachrone d'un bassin à l'autre). Les sédiments sont plus grossiers et reposent en
légère discordance sur l'unité précédente ;
La dernière phase forme des réecteurs sismiques en onlap sur l'unité précédente.
Ces réecteurs correspondraient à des sédiments pléistocènes (≥ -2,7 Ma) uviatiles, glaciaires et deltaïques.
Quelle(s) hypothèse(s) pourriez-vous proposer pour expliquer les changements constatés entre la première et la deuxième phase de la sédimentation ?
Question 1.5.6
Le principal indicateur paléoclimatique étudié dans le lac est la silice biogène (notée
BioSi), produite principalement par les communautés de diatomées dulçaquicoles
(des algues unicellulaires encloses dans une coque siliceuse) qui s'y développent. Son
utilisation comme traceur des paléo-productivités planctoniques et des paléoclimats
exige d'abord d'évaluer la représentativité des assemblages de diatomées retrouvés
dans les sédiments par rapport aux communautés planctoniques vivantes.
Des carottes et des prélèvements, réalisés en plusieurs endroits du lac, ont permis de
comparer les taux d'accumulation de diatomées (DAR) à la surface des sédiments et
la productivité des communautés de diatomées dans les eaux.
Le site BAIK 19 est un haut-fond, en face du delta de la Selenga, le site BAIK 38 un
plateau isolé. Le bassin central du Baïkal, zone la plus profonde, présente des dépôts
turbiditiques.
Comment pourriez-vous expliquer les diérentes valeurs de DAR obtenues sur ces
sites, regroupées dans la table 3 ?
Question 1.5.7
La table 4 compare l'état de la communauté de diatomées vivant dans la tranche
d'eau du Baïkal à celle récoltée à la surface des sédiment. Commentez les résultats
obtenus et proposez des interprétations.
Question 1.5.8
La gure 7 vous présente une synthèse des teneurs en silice biogène, mesurées dans
les sédiments du lac sur les derniers 800 000 ans, ainsi que plusieurs autres indicateurs
paléoclimatiques.
Commentez ces résultats et expliquez quels paramètres semblent contrôler la productivité des organismes siliceux du Baïkal à cette échelle de temps.
Page 5/21 2
2.1
Le magmatisme de Sibérie
Le volcanisme de la région du Baïkal
Les alentours du Baïkal ont été aecté par une activité volcanique à partir du Crétacé
supérieur (dans le bassin de Tunka, à l'ouest), et surtout au Miocène et au Quaternaire,
par exemple dans la région de Vitim, à l'est du lac.
Plusieurs roches volcaniques de Vitim ont été analysées puis placées dans un diagramme alcalins-silice (gure 9).
Question 2.1.1
Décrivez les principaux mécanismes susceptibles de modier les teneurs en alcalins
et en silice des liquides magmatiques d'origine mantellique.
Question 2.1.2
Les roches de Vitim pourraient-elles résulter de l'évolution d'un même matériel initial par l'un des processus décrits à la question précédente ? Quelle(s) explication(s)
pourriez-vous proposer pour la genèse de ces roches ?
Question 2.1.3
Précisez en quelques lignes ce qu'est un magma.
Question 2.1.4
L'ascension du magma dans les ssures est liée à sa surpression, dénie par l'écart
entre la pression lithostatique de la roche encaissante (de masse volumique ρr ), et
la pression hydrostatique dans le magma (de masse volumique ρm ). On estime que
cette surpression ∆P doit atteindre des valeurs de l'ordre de 10 MPa.
Calculez la masse volumique du magma ρm à une profondeur de 10 km, en supposant
une valeur constante de l'accélération gravitationnelle g (10 m · s=2 ) et en précisant
la masse volumique d'une croûte continentale typique.
1. Commentez ce résultat.
2. Exprimez, en pourcentages, l'écart de masse volumique entre ce magma et sa
roche d'origine, supposée mantellique.
Question 2.1.5
On suppose encore que le liquide magmatique est un uide visqueux non turbulent.
Les frottements visqueux du uide exercent une force de traînée sur les blocs rocheux
transportés, blocs que l'on supposera sphériques et issus du manteau. Dans ce régime
non-turbulent, la trainée D sur une sphère, par unité de surface, s'exprime par la
formule de Stokes :
~ = −6π × η × a × U
~
D
(1)
~ la vitesse de la
Avec η la viscosité dynamique du uide, a le rayon de la sphère, U
sphère.
L'autre force agissant sur cette sphère est la résultante de son poids et de la poussée
d'Archimède.
1. Exprimez cette résultante en fonction de a, de g et des masses volumiques de
la roche et du liquide ;
2. déduisez-en l'expression de la vitesse maximale de chute U des sphères solides
pour qu'elles soient remontées par le magma ;
3. estimez U pour des valeurs typiques a = 10 cm et η = 10 Pa · s et les valeurs
utilisées précédemment pour les autres paramètres.
Page 6/21 2.2
Les kimberlites de Sibérie
Question 2.2.1
La région d'Udachnaya, au centre du craton sibérien, présente des formations volcaniques particulières, dites kimberlitiques, datées du Dévonien (≈ 360 à 370 Ma).
Dans ces formations, on peut trouver des fragments d'une roche assez semblable à
celle présentée sur la gure 10.
a) Identiez les minéraux présents et la roche qui les contient. Quelle origine
pouvez-vous lui donner ? Comment expliqueriez-vous sa présence dans ces afeurements ?
b) Comment pourriez-vous interpréter la disposition des minéraux visibles en haut
à droite des clichés de la gure 10 ?
Question 2.2.2
Dans les échantillons d'Udachnaya, le minéral B n'est, en général, pas présent, ou
seulement en faibles proportions. Quelle interprétation pourriez-vous donner à cette
observation ?
Question 2.2.3
Les kimberlites sont des formations volcaniques ramenant en surface des minéraux
du manteau, notamment des diamants.
On cherche à savoir si les diamants d'Udachnaya se sont formés au moment de l'épisode volcanique qui les a portés en surface, ou s'ils lui sont antérieurs. Pour cela, on
détermine l'âge d'inclusion dans les diamants de petits grenats, à l'aide du système
isotopique Samarium 147 Néodyme 143 ( 147Sm - 143Nd). On considère que la formation du diamant autour du grenat entraîne la fermeture du système isotopique du
grenat (arrêt des échanges de Sm ou de Nd avec les autres minéraux).
1. Sachant que le système radiochronologique 147Sm 143Nd fonctionne de manière analogue au couple 87Rb 87Sr et que l'isotope stable et non radiogénique
du néodyme utilisé comme référence est le 144Nd, écrivez l'équation d'évolution du rapport 143Nd/ 144Nd en fonction du temps. On donne la constante de
désintégration du Samarium 147 : λ147 = 6,54 × 10=12 a=1 .
2. Sur le document 14, estimez graphiquement l'âge d'inclusion des grenats à
l'aide des données de la table 6. Concluez sur l'âge des diamants. (Le docu-
ment est à insérer en feuille volante avec votre copie, sans aucun signe
distinctif (ni numéro, ni nom).)
Question 2.2.4
L'analyse des inclusions des kimberlites d'Udashnaya permet d'estimer leurs profondeurs d'origine et les températures qui y règnent : de 800 ◦C à 900 ◦C entre 100 et
150 km, environ 1 200 ◦C à 200 km. La profondeur de la base de la lithosphère est
estimée à 242 km.
Les données de ux de chaleur et de sismique de la région indiquent par ailleurs
que la croûte d'Udachnaya comprend une partie supérieure de 40 km et une couche
inférieure de 10 km. Les températures à la base de chacune de ces couches seraient
respectivement de 579 ◦C et 626 ◦C.
À partir de ces données, tracez sur votre copie l'allure du géotherme jusqu'à la base
de la lithosphère d'Udachnaya et commentez le tracé obtenu.
Question 2.2.5
Commentez les documents de la gure 11 en soulignant ce qu'ils impliquent pour
l'origine des kimberlites et la dynamique du manteau profond.
Page 7/21 Question 2.2.6
On ne comprend pas encore complètement les mécanismes d'ascension du magma
kimberlitique jusqu'en surface, en particulier sa progression dans la lithosphère. Une
étude récente propose que les magmas kimberlitiques dérivent de magmas riches
en carbonates et très pauvres en silice, dits carbonatitiques, par assimilation de
minéraux du manteau environnant. Le principal minéral ainsi incorporé par le magma
a pour formule (Mg,Fe)2 Si2 O6 .
À quelle famille de minéral appartient-il ? Précisez votre réponse en sachant que son
système cristallin est orthorhombique.
Question 2.2.7
Les auteurs ont modélisé l'évolution du magma au cours de sa progression et de son
assimilation de minéraux de l'encaissant. À partir de la gure 8, dessinez schématiquement l'évolution du magma initial au cours de sa remontée. Décrivez ce que
devient physiquement le magma et comment évolue sa vitesse de remontée.
2.3
Les traps de Sibérie
Au nord-ouest du Baïkal, une épaisse série de couches basaltiques, les traps de Sibérie,
s'étend sur 3,4 × 105 km2 . Avec les lons et les produits pyroclastiques associés, et en
tenant compte de l'érosion, sa supercie initiale aurait pu dépasser 106 km2 , et le volume
de magma émis 4 × 106 km3 (gure 12a). Cet intense épisode volcanique a été daté de
251 Ma, et sa durée aurait été courte, peut-être inférieure au million d'années. Il est
considéré comme l'un des responsables, par ses eets sur l'atmosphère et le climat, de la
plus grande extinction biologique du Phanérozoïque, qui marque la limite Permien-Trias.
Question 2.3.1
Rappelez par un schéma les principaux réservoirs et ux du cycle du carbone.
Question 2.3.2
À l'aide des données suivantes et des informations données ci-dessus, estimez la quantité totale de CO2 libérée par l'éruption des traps de Sibérie (en kg) et le ux de
carbone annuel correspondant (en kg · a=1 ). Commentez le résultat.
Proportion massique de CO2 dans le magma : 0,2%
Proportion massique de gaz libéré par un magma basaltique : 60%
Masse volumique d'un magma basaltique : 2 900 kg · m=3
Question 2.3.3
En vous appuyant sur les documents de la gure 12 et la table 5 et sur vos connaissances, quels autres eets climatiques et écologiques a pu avoir cette injection massive
de roches magmatiques dans les roches de Sibérie ?
Page 8/21 Figure 1 Localisation et topographie du lac Baïkal.
Site
Bassin sud
Bassin central
Bassin nord
Baïkal, total
Irkoutsk
Hiver
-14,5
-15,3
-17,4
-15,8
-20 à -25
Printemps
-4,1
-4,8
-6,0
-5,0
Eté
10,5
9,6
8,4
9,4
20 à 30
Automne
2,1
2,8
2,1
2,7
Moyenne annuelle
-3,1
-1,9
-3,2
-2,2
Table 1 Températures de l'air dans la région du Baïkal (◦C, observations à long terme
sur le XXe siècle), et températures à Irkoustk, capitale régionale située à 70 km au sudouest.
Page 9/21 Page 10/21 M4
0−10 km
102˚E
106˚E
106˚E
108˚E
108˚E
114˚E
112˚E
112˚E
110˚E
110˚E
M5
10−20 km
M6
20−30 km
M7
30−40 km
M8
M9
50−70 km
50˚N
52˚N
54˚N
56˚N
58˚N
114˚E
40−50 km
Sismicité 1963 − 2011 (magnitude ≥ 4)
104˚E
104˚E
50˚N
52˚N
54˚N
102˚E
56˚N
58˚N
106˚E
106˚E
104˚E
104˚E
102˚E
108˚E
108˚E
114˚E
112˚E
112˚E
110˚E
110˚E
114˚E
50˚N
52˚N
54˚N
56˚N
58˚N
m
2884.0
1414.0
1234.9
1105.7
995.3
892.1
789.0
678.6
549.4
370.2
168.0
Figure 2 Carte topographique en fausses couleurs de la région du Baïkal, sismicité enregistrée de 1963 à n 2010 et mécanismes au foyer des séismes de
1976 à 2010.
50˚N
52˚N
54˚N
56˚N
58˚N
102˚E
Baïkal, bassin sud
0
Profondeur (m)
100
Mars
Juin
Juillet
Août
Sept.
Oct.
Nov.
Dec.
200
300
400
0
2
4
6
8
10
12
Température (°C)
(a) Prols de température du bassin sud du Baïkal au cours d'une année. Les températures relevées jusqu'à
1 200 m de profondeur sont identiques à celle enregistrée à 400 m. Les bassins central et nord présentent
des prols similaires à ceux représentés.
(b) Prols de température relevés à trois jours d'intervalle en juin 1991 près de la rive Sud-Est du bassin
central du Baïkal. Les lignes pointillées joignent les points où la température est égale à Tm.d. . Les èches
noires désignent les stations de mesure (Shimaraiev et al., 1993)
Figure 3 Prols de température enregistrés en diérents endroits du lac Baïkal.
Page 11/21 Rivière
δ 18 O
Selenga
Angara supérieure
Barguzin
Autres rivières
Précipitations (moyenne, 1992)
Angara inférieure
-13,5
-19,8
-17,3
-18,46
-13,43
-15,9
Table 2 Valeurs isotopiques de l'oxygène des apports et des sorties d'eaux du lac Baïkal
(Seal & Shanks, 1998)
Figure 4 Vue satellitaire d'une portion de la rive ouest du lac Baïkal.
Carotte
BAIK 19
BAIK 22
BAIK 25
BAIK 29
BAIK 38
Site
Selle de Buguldeika
Bassin central
Ride des académiciens
Bassin nord
Bassin sud
Profondeur (m)
342
1624
307
910
690
DAR moyen
118 411
824 132
181 689
17 752
112 540
Table 3 Taux d'accumulation de diatomées (DAR, Diatom Accumulation Rate ) en
surface des sédiments pour cinq carottes prélevées dans le Baïkal. Pour les localisations,
se reporter à la gure 1. (Battarbee et al., 2006)
Page 12/21 Baikal, anomalies à l’air libre
102˚E
104˚E
106˚E
108˚E
110˚E
112˚E
114˚E
58˚N
58˚N
mGal
56˚N
56˚N
54˚N
54˚N
52˚N
52˚N
50˚N
136.8
120.0
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
−20.0
−40.0
−60.0
−80.0
−100.0
−120.0
−140.0
−160.0
−180.0
−200.0
−220.0
−240.0
−244.3
50˚N
102˚E
104˚E
106˚E
108˚E
110˚E
112˚E
114˚E
(a) Anomalies gravimétriques à l'air libre de la région du Baïkal.
(b) Anomalie de Bouguer et hauteur du géoïde par rapport à l'ellipsoïde aux alentours du Baïkal
Figure 5 Analyses gravimétriques de la région du lac Baïkal.
Page 13/21 Figure 6 Prol de résistance de la lithosphère sous et autour du lac Baïkal, sur un
transect Nord-Ouest - Sud-Est. Les étoiles blanches repèrent les foyers des séismes enregistrés dans cette zone. Brittle-ductile transition : transition cassant-ductile. (Petit &
Déverchère, 2006)
Table 4 Quantité annuelle (nombre · cm=2 · a=1 ), moyennée sur cinq ans (1994-1998),
des principaux taxa de diatomées dans la colonne d'eau et taux d'accumulation (DAR) de
ces taxa à la surface du sédiment de la carotte BAIK 38 (nombre · cm=2 · a=1 ). (Battarbee
et al., 2006)
BAIK 38
Quantité
annuelle
(1994-98)
DAR
(1994)
Facteur de
préservation
% dans
l'eau
% sur le sédiment
mi-
S.
A. baica-
C.
S. acus v.
N. acicu-
zowii
lensis
nuta
rii
radians
laris
1847868
1375303
385548
1157408
3745882
3481749
12021832
12942
38038
35562
3264
5514
0
112540
0,007
0,0276
0,092
0,0028
0,00147
0
0,00936
15,37
11,44
3,21
9,63
31,15
28,96
99,76
11,5
33,8
31,6
2,9
4,90
0
84,7
Page 14/21 meye-
Total
A. skvort-
Figure 7 (a) Enregistrement paléoclimatique du Baïkal sur les derniers 800 000 ans ; (b)
température de l'air de Sibérie (à 65°N), en été, calculée à partir d'un modèle de bilan
énergétique ; (c) δ 18O du site de forage marin ODP 677, pris comme indicateur du volume
global de glaces ; (d) enregistrement de la susceptibilité magnétique des l÷ss de Chine. La
susceptibilité magnétique est un indice de l'intensité de l'érosion, inversement corrélée à
l'extension des glaciers. (Mackay, 2007)
CO2 dans le liquide (% poids)
50
Magma
carbonatitique
40
30
2500
20
Magma
silicaté
1500
500
200
10
100
0
0
20
40
60
SiO2 + Al2O3 (% poids)
Figure 8 Évolution modélisée de la chimie d'un magma carbonatitique par assimilation
de minéraux du manteau, selon la pression (indiquée sur le graphique par des chires en
MPa). (Russell et al., 2012)
Page 15/21 Page 16/21 40
Picro
-β
45
Téphrites
Basanites
Foïdites
Basaltes
50
Trachy-β
Phonotéphrites
55
Andésites
basaltiques
Trachyandésites
basaltiques
Téphriphonolites
60
Andésites
Trachyandésites
Phonolites
65
Trachytes
70
Dacites
75
sub-alcalin
alcalin
SiO2 , % poids
Rhyolites
Mélanéphélinites
Néphélinites
Basanites
Basaltes alcalins
Tholéiites
Figure 9 Position des laves de Vitim dans le diagramme alcalins-silice et la classication des roches volcaniques (Le Bas, 1986). (Données : Johnson et
al., 2005)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Na2 O + K2 O, % poids
(a) Lumière polarisée non analysée (LPNA).
(b) Lumière polarisée analysée (LPA), même orientation que l'image ??.
Figure 10 Lame mince d'une roche voisine de celles observables dans les kimberlites
dévoniennes d'Udachnaya (Sibérie septentrionale).
Page 17/21 (a) Positions des kimberlites âgées de 350 à 360 Ma et reconstitution des continents
vers 355 Ma drapée sur le modèle tomographique.
(b) Positions paléozoïques des kimberlites mises en place sur les continents Laurentia
(Amérique du Nord, Canada) Sibérie et Gondwana central, drapée sur le même modèle
tomographique.
(c) Positions des kimberlites âgées de 160 Ma et reconstitution des continents à cette
date, superposée au modèle tomographique.
Figure 11 Positions paléogéographiques des grandes provinces magmatiques (LIP) et
des champs de kimberlites du Phanérozoïque sur un modèle tomographique du manteau
à 2 800 km de profondeur, montrant la position actuelle des zones d'ultra-faible vitesse
des ondes S (LLSVP) dans le manteau inférieur. (Torsvik et al., 2010)
Page 18/21 (a) Carte géologique simpliée des formations magmatiques (b) Stratigraphie simpliée du bassin de la
et sédimentaires autour des traps de Sibérie.
Tungunska.
Figure 12 Géologie du Nord-Ouest de la Sibérie. Remarque : un pipe est un conduit
vertical empli de roches magmatiques. (D'après Svensen et al., 2009)
Table 5 Libération de gaz par le volcanisme de Sibérie, en 1012 g. Les valeurs estimées
pour les roches magmatiques sont obtenues par extrapolation des émissions calculées
dans le cas des basaltes de la rivière Columbia (Etats-Unis). m. o. : matière organique ;
r. magm. : roches magmatiques. (D'après Beerling et al., 2007)
Produit
émis
HCl
SO2
CH3 Cl
CH3 Br
CHCl3
CCl4
CCl3 F
Basaltes
Pyroclastites
6,5 × 105
1,2 × 107
19,1
0,24
23,4
0,84
2,1
4,3 × 105
7,7 × 106
12,7
0,16
15,6
0,6
1,4
Roches
intrusives
1,1 × 106
1,9 × 107
31,8
0,4
38,9
1,4
3,5
Page 19/21 Total
r. magm.
2,2 × 106
3,8 × 107
63,6
0,8
77,9
2,8
7,0
Semim. o.
anthracite dispersée
9,8 × 105
1 × 107
Page 20/21 Figure 13 Prol sismique (après migration des données) obtenu à travers la partie centrale du lac Baïkal.
Table 6 Compositions isotopiques en samarium et néodyme de grenats inclus dans
les diamants de la kimberlite d'Udachnaya. Chaque valeur est un résultat composite
obtenu à partir de n diamants. σ : écart-type sur la précision des mesures du néodyme.
(Richardson & Harris, 1997)
Lots de grenats
HZ1
HZ2
HZ3
HZ4
HZ0
n
147Sm/ 144Nd
143Nd/ 144Nd
σ ( 143Nd/ 144Nd)
47
48
30
23
3
0,1067
0,1336
0,1837
0,06917
0,1675
0,510989
0,511261
0,512008
0,51036
0,511674
0,000006
0,0000065
0,000009
0,000028
0,0000435
Figure 14 Analyse isotopique des inclusions de grenat prélevées dans les diamants
d'Udachnaya.
Page 21/21