CHAPITRE 3 LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE
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COURS ÉLÈVES TS CHAPITRE 3 06/12/16 LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE En classe de première S ont été mises en place les principales caractéristiques de la tectonique des plaques , mais l'attention s'est portée principalement sur le domaine océanique . Nous aborderons cette année le domaine continental. Il s'agira de dégager les caractéristiques de la lithosphère continentale puis d'en comprendre l'évolution en particulier à partir de l'étude des zones montagneuses. Aucune plaque n'est formée que de lithosphère continentale. Celle ci est toujours associée à de la lithosphère océanique. La limite entre lithosphère continentale et lithosphère océanique est appelée marge continentale (bordures) . Nous développerons successivement: - les caractéristiques des 2 types de lithosphères en travaillant au niveau des marges - la formation des montagnes dans les zones de convergence - la formation des roches continentales dans les zones de convergence - la destruction des montagnes 3.1 Les marges continentales, frontières entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale 3.1.1 Les caractéristiques des 2 types de lithosphères : La lithosphère est formée des roches rigides de surface , croûte et une petite partie du manteau. Lithosphère océanique et lithosphère continentale se distinguent à plusieurs niveaux : - au niveau de la nature des roches : par rapport à la croûte océanique, la croûte continentale est surtout formée de roches voisines du granite = granitoïdes (basaltes/gabbro pour la croûte océanique). Granite - au niveau de l' épaisseur de la croûte : plus grande pour le continent, 30 km en moyenne (5-10 km pour la croûte océanique) . - au niveau de l'âge: qui peut aller jusqu'à 4 milliards d'années (Ga) pour le continent (alors que la croûte océanique n'excède pas 200 Ma ). Cet âge est déterminé par radiochronologie (= technique basée sur la décroissance radioactive naturelle de certains éléments au cours du temps). - au niveau de la densité : plus faible pour le continent (2,7 en moyenne pour la croûte et 3,1 pour la lithosphère) que pour l'océan (2,9 pour la croûte océanique, jusqu'à 3,28 pour la lithosphère). Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par ces différences de densités crustales. Densité des couches de surface de la Terre Comme la lithosphère océanique lors de sa formation, la lithosphère continentale est moins dense que l'asthénosphère sur laquelle elle repose ; L'asthénosphère étant ductile (visqueuse) se comporte comme un fluide. La lithosphère subit donc une force verticale qui la maintient en surface, elle « flotte » sur l'asthénosphère. On parle d'isostasie (ou d'équilibre isostatique) . Si la lithosphère s'amincit ou s'épaissit, l'équilibre est rompu entraînant un mouvement vertical pour rétablir l'équilibre. On parle de réajustements isostatiques. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 1 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 06/12/16 3.1.2 Évolution de la lithosphère océanique et de la marge continentale au cours du temps 3.1.2.1 Formation du fond océanique et création d'une marge continentale Lorsque des remontées de chaleur ont lieu sous un continent, elles peuvent conduire à un amincissement de la lithosphère continentale. Cet amincissement peut être suivi d'une fracturation du continent avec formation de failles normales (zone de rift continental) puis d'un écartement des 2 morceaux du continent lié aux mouvements de matière sous la plaque (divergence) . Masse volumique en tonnes par m3 Le continent initial s'est donc divisé en 2 continents comportant chacun une marge continentale (bordure) et séparés par une dorsale, zone où se forme la nouvelle croûte océanique . Dans un premier temps cette marge coïncide avec la frontière de plaque, elle présente des signes d'activité (séismes, volcanisme), et peut donc être qualifiée de marge active. 3.1.2.2 Évolution de la marge active en marge passive du fait de la divergence En permanence, de la lithosphère océanique est produite au niveau des dorsales. L'écartement des 2 plaques nouvellement formées au niveau de la dorsale éloigne la marge continentale de la zone d'activité transformant les marges actives en marges passives. Les Formation de la lithosphère failles normales créées dans la phase initiale demeurent océanique sous les dorsales comme témoin de la phase de divergence initiale. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. Cela provoque une augmentation de sa densité, elle s'enfonce alors progressivement dans l'asthénosphère, on parle de subsidence (enfoncement) thermique (liée à des changements de température). 3.1.2.3 Évolution de la marge passive en marge active du fait de la subduction À un moment donné la densité de la lithosphère océanique devient supérieure à celle de l'asthénosphère, la lithosphère s'enfonce alors dans l'asthénosphère, on parle de subduction océanique . Il y a ensuite traction en profondeur de la plaque par la lithosphère océanique dense plongeante. En raison de ce phénomène, en surface, son âge n'excède pas 200 Ma. Au niveau de la zone de subduction, la lithosphère continentale se sépare de la lithosphère océanique plongeante. Il y a formation d'une nouvelle frontière de plaque avec convergence des 2 lithosphères et apparition de séismes, montagnes et volcans. La marge passive redevient active. Evolution de la masse volumique de la lithosphère en fonction de son age 3,3 3,25 3,2 Masse volumique lithosphère Masse volumique asthénosphère 3,15 3,1 3,05 2 10 15 25 30 40 60 80 100 Age en millions d'années Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 2 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 3.2 06/12/16 Les chaînes de montagnes, conséquences tectoniques de la convergence 3.2.1 Indices tectoniques sur l'origine des chaînes de montagnes : L'observation des roches en montagne montre des plis, des failles inverses , des nappes. Diaporamas sur les failles /plis Indices tectoniques de convergence Nappe Ces indices tectoniques (échelle kilométrique ou plus) plaident pour un raccourcissement de la lithosphère continentale des zones concernées. 3.2.2 Indices pétrographiques sur l'origine des chaînes de montagnes : Par ailleurs, on peut observer des roches continentales métamorphiques (voir 332) et magmatiques (passées à l'état liquide) . Ces transformations impliquent un passage à haute température et/ou pression, donc un passage à grande profondeur. Ces roches sont des indices pétrographiques (observables à petite échelle) plaidant pour un enfoncement des roches continentales lié à un épaississement de la croûte continentale dans ces zones. Indice pétrographique de convergence 3.2.3 Les ophiolites, indices d'une subduction antérieure Rappel : Au niveau des dorsales, la divergence des plaques permet la mise en place d’une lithosphère nouvelle à partir de matériaux du manteau . Un manteau plus chaud remonte sous les dorsales, en remontant il subit une baisse de pression ce qui entraîne sa fusion partielle et donc la production de magma. Le magma produit remonte par les failles liées à la zone d'écartement et forme la nouvelle lithosphère. Elle est constituée de basalte en surface (refroidissement rapide ), de gabbro sous les basaltes (refroidissement lent) et de péridotite sous le gabbro (reste du manteau non fondu). On retrouve au milieu des chaînes de montagnes des associations de roches du type décrit ci-dessus (basalte, gabbro, péridotite). On appelle ces associations de roches des ophiolites . Associées à d'anciennes marges continentales passives (failles normales, blocs basculés), elles semblent être les traces d'un domaine océanique présent avant la formation de la montagne et aujourd'hui disparu. Localisation de la suture entre 2 lithosphères continentales Tous ces indices plaident pour un raccourcissement de la lithosphère continentale dans ces zones. Ce raccourcissement provoque un empilement de couches et un épaississement de la lithosphère. Un raccourcissement de la lithosphère implique des forces de compression et donc un mouvement de convergence. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 3 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 06/12/16 3.2.4 Un scénario sur la formation des chaînes de montagnes : La lithosphère océanique est en subduction. Les lithosphères continentales entrent en collision. Les 2 lithosphères continentales se collent. Certaines roches continentales sont entraînées à grande profondeur formant des écailles. Compte tenu du caractère ductile de l'asthénosphère située sous la lithosphère, l'épaississement se fait non seulement vers le haut (montagnes), mais aussi vers le bas (racines des montagnes). Si les dorsales océaniques sont le lieu de la divergence des plaques et les failles transformantes une situation de coulissage , les zones de subductions sont le domaine de la convergence à l'échelle lithosphérique. La convergence des plaques est la cause de la formation des chaînes de montagnes. La subduction peut être suivie d'une collision entre 2 lithosphères continentales . La lithosphère continentale est entraînée à la suite de la lithosphère océanique. Une partie de la lithosphère continentale est subduite, empilée, épaissie et subit des transformations importantes (magmatisme et métamorphisme). Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 4 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 3.3 06/12/16 Les roches continentales, conséquences pétrographiques de la convergence 3.3.1 Le magmatisme en zone de subduction, une source de nouveaux matériaux continentaux Dans les zones de subduction existe une importante activité magmatique. Des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives . Comment expliquer ce magmatisme à partir de roches plutôt froides (venant de la surface) et subissant une augmentation de pression (plongeantes) ? Modifié de http://www.lethist.lautre.net/epicentre.htm L'analyse de la composition des minéraux composant ces roches volcaniques montre la présence de minéraux hydratés. Or, les expériences de laboratoire montrent que la présence d'eau peut, dans certaines conditions, faciliter la fusion des roches. La mise en relation de ces éléments conduit à considérer que la subduction des matériaux de la croûte océanique provoque la déstabilisation de certains minéraux et leur déshydratation. Cela libère de l'eau que la croûte a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent. Une fraction des Métamorphisme et magmatisme liés à l'enfoncement de la magmas arrive en surface conduisant à lithosphère océanique dans les zones de subduction un volcanisme produisant des roches de type andésite. La plus grande partie du magma cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granodiorite (~granitoïdes). Un magma, d'origine mantellique (péridotite), aboutit ainsi à la création d'un nouveau matériau continental (granitoïdes) : on parle d'accrétion (accroissement) continentale. Cette accrétion se produisant dans les zones de subduction, elle se fait autour des continents préexistants. Les continents grandissent ainsi progressivement par leur périphérie, constitués d'un centre très âgé auquel viennent s'accoler des roches plus récentes. Noter que l'accrétion peut également se faire en moins grande quantité au niveau du prisme d'accrétion (zone d'accumulation de sédiment au contact entre les 2 plaques) Par ailleurs, les roches continentales entraînées à grande profondeur peuvent subir une fusion partielle conduisant à la formation de roches au moins partiellement magmatiques (granites par exemple, voir partie 342). Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 5 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 06/12/16 3.3.2 Le métamorphisme , indicateur de l'épaississement de la lithosphère dans les zones montagneuses On constate, dans les chaînes de montagnes, la présence de minéraux qui ne sont stables que dans des conditions de pression et de température absentes de la surface de la Terre (Glaucophane, Grenat ...). Les faciès métamorphiques Minéraux d'un métagabbro Faciès mét. Caractérise Actinote H2O 2%, Chlorite H2O 10 %) (hornblende) Schiste vert Glaucophane (H2O 2 %) Schiste bleu Moyenne pression Basse température Grenat + jadéite (H2O 0 %) éclogite Haute pression Les conditions de stabilité des associations de minéraux observées (des faciès métamorphiques) permettent de reconstituer les conditions de pression et de température subies par les matériaux océaniques et continentaux retrouvés. Ils montrent les À gauche de M, transformations à l'état solide = métamorphisme. traces d'une transformation minéralogique à À droite de M, début de fusion de certains minéraux = magmatisme. grande profondeur au cours de la subduction . Pour ce qui concerne la lithosphère continentale, cela a conduit les géologues à élaborer le scénario suivant : dans les zones de subduction, 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. La plaque plongeante descend à des profondeurs croissantes ce qui entraîne des modifications de pression (importantes et immédiates) et de température (peu importantes dans un premier temps , la roche froide mettant un certain temps à se réchauffer). En raison de ces modifications, les minéraux des roches de la plaque plongeante se transforment. Ils sont déstabilisés et se réorganisent constituant de nouveaux assemblages minéralogiques stables (dans les nouvelles conditions de pression et température). Ces transformations à l'état solide définissent le métamorphisme . Un exemple de gabbro métamorphique de faciès éclogite lumière polarisée non analysée Un exemple de gabbro métamorphique de faciès schiste bleu Un exemple de gabbro lumière polarisée non analysée lumière polarisée non analysée Par ailleurs en constate la présence de roches présentant des couches liées à une compression (lits) et donc d'origine métamorphique. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 6 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 06/12/16 3.4 Au terme de la convergence, la disparition des reliefs Tout relief est un système instable qui tend à disparaître aussitôt qu'il se forme, les parties superficielles des reliefs sont les premières à être détruites. 3.4.1 Modalités de la disparition des reliefs Altération et érosion sous l'action des agents atmosphériques (eau, température, vent …) contribuent à l'effacement des reliefs. Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation). On peut parler de flux sédimentaire . http://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S0921818100000667 L'érosion des roches continentales 3.4.2 Conséquences de l'érosion Les chaînes de montagnes anciennes, plus érodées que les récentes, ont des reliefs moins élevés. On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux formés en profondeur. Cela s'explique compte tenu du phénomène d'isostasie. Les roches profondes remontent suite à l'érosion ce qui fait progressivement apparaître les roches profondes. Les baisses de température et de pression que cela implique peuvent entraîner : - la formation de nouvelles roches métamorphiques - la formation de nouvelles roches magmatiques. En effet, la baisse de pression est immédiate lors de la remontée des roches et s'accompagne d'une température qui reste élevée, cela peut conduire à la fusion des roches (fusion par baisse de pression). Conséquences de l'érosion sur les roches des racines de la montagne L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale. Les matériaux enfoncés en profondeur lors de la subduction sont modifiés (métamorphisme, magmatisme) puis remontent en surface en raison des réajustements isostatiques. Arrivés en surface, ils peuvent à nouveau être érodés, se retrouver dans les fonds océaniques et subir une nouvelle subduction … . Une partie des roches continentales est cependant préservée ce qui explique que la croûte continentale puisse conserver les roches les plus anciennes de la Terre. En conclusion , Du fait de l'érosion, la plus grande partie des continents est relativement plate, mais les marges continentales actives sont marquées par la présence de reliefs positifs, les chaînes de montagnes, liées à la convergence à l'origine de la formation des matériaux continentaux. L'érosion fait remonter des roches profondes les mettant ainsi à notre disposition. Il est dès lors possible de déterminer leur composition minéralogique, leur composition chimique et leur âge. Ces éléments font partie des principaux éléments à notre disposition pour reconstituer l'histoire de la Terre. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 7 Sur 8 COURS ÉLÈVES TS 06/12/16 Le domaine continental et sa dynamique Table des matières CHAPITRE 3LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE.......................................................1 3.1Les marges continentales, frontières entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale............................1 3.1.1Les caractéristiques des 2 types de lithosphères :..........................................................................................................1 3.1.2Évolution de la lithosphère océanique et de la marge continentale au cours du temps..................................................2 3.2Les chaînes de montagnes, conséquences tectoniques de la convergence.......................................................................3 3.2.1Indices tectoniques sur l'origine des chaînes de montagnes :.........................................................................................3 3.2.2Indices pétrographiques sur l'origine des chaînes de montagnes :.................................................................................3 3.2.3Les ophiolites, indices d'une subduction antérieure.......................................................................................................3 3.2.4Un scénario sur la formation des chaînes de montagnes :..............................................................................................4 3.3Les roches continentales, conséquences pétrographiques de la convergence.................................................................5 3.3.1Le magmatisme en zone de subduction, une source de nouveaux matériaux continentaux..........................................5 3. 3. 2Le m é t a m o r p h i sm e , i n d i c a t e u r d e l ' é p a i ssi .......................6 sse m e n t d e 3.4Au terme de la convergence, la disparition des reliefs......................................................................................................7 3.4.1Modalités de la disparition des reliefs............................................................................................................................7 3.4.2Conséquences de l'érosion..............................................................................................................................................7 Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 8 Sur 8 l
