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Plaques
La lithosphère (croûte + partie du manteau) est divisée en plaques qui se
déplacent d’un seul tenant sur l’asthénosphère. Les séismes ayant surtout lieu à la
jonction des plaques, la distribution des séismes permet de voir les frontières de
ces plaques.
Image de la NASA :
http://denali.gsfc.nasa.gov/re
search/lowman/lowman.html
Les dorsales
Là où il y a des mouvements ascendants dans l’asthénosphère deux phénomènes
collaborent à la création de nouvelle lithosphère de type océanique :
1.la «vieille» lithosphère est étirée et se fissure ;
2.la roche de l’asthénosphère fond un peu en approchant de la surface et le magma
ainsi créé s’infiltre dans les fissures de la lithosphère.
Dans les océans, ces lieux où se construisent les plaques sont marqués par un
bourrelet ou dorsale. Sur les continents, cela prend plutôt la forme d’un fossé
d’effondrement ou rift jusqu’à ce qu’un océan étroit se forme et qu’une dorsale
apparaisse. Il y a aussi un rift au sommet de certaines dorsales.
Cette création de lithosphère se fait au rythme moyen de quelques cm par année
de part et d’autre du centre de la dorsale.
Image précédente et image illustrant la subduction (plus loin) basées sur des
dessins en noir et blanc de Lynn Fichter :
http://csmres.jmu.edu/geollab/Fichter/Wilson/wilsncovr.2.PDF
L’Islande est une portion émergée de la dorsale de l’Atlantique Nord.
Voici une fissure, un fossé, des fumeroles et un volcan liés au rift qui
traverse le centre de l’Islande.
Zone de subduction
•
Pour équilibrer la création de lithosphère des dorsales, quand une plaque casse, un
côté se glisse sous (= subduction) l’autre et s’enfonce dans l’asthénosphère.
•
Si la plaque descendante est océanique, le lieu de la subduction est marqué par une
fosse profonde et par une série de volcans se trouvant au-dessus de la plaque
descendante : la descente provoque en effet, vers 100 km de profondeur, la fusion
d’un peu de roche et ce magma alimente les volcans.
•
Ces volcans forment un arc volcanique qui suit la fosse ; cet arc prend la forme d’une
série d’îles quand il se trouve dans l’océan et on parle d’arc insulaire. La plaque
chevauchante fait office de grattoir et des lames de sédiments arrachés à la plaque
descendante ainsi que des fragments de cette plaque s’accumulent pêle-mêle dans
la fosse en donnant un prisme d’accrétion.
•
La subduction provoque parfois une
montée d’asthénosphère derrière l’arc
volcanique, ce qui reproduit à petite
échelle les conditions qui mènent à la
formation d’une dorsale. Cette zone de
création de lithosphère océanique se
nomme bassin d’arrière-arc.
Le mont Saint Helens, de la côte Ouest
américaine, fait partie de l’arc volcanique qui
trahit la présence de la zone de subduction qui
longe cette côte.
Fragment de plancher océanique et mélange chaotique de roches sédimentaires
d’un ancien prisme d’accrétion (complexe Franciscan de Californie).
Un bassin
On appelle bassin toute région en dépression où se déposent les produits de
l’érosion (les sédiments). Les bassins sous-marins sont les plus nombreux,
mais il existe aussi des bassins au cœur des continents.
Question
Voyez-vous une zone de subduction sur
cette image 3D de la partie sud-ouest de
l’océan Pacifique ? Si oui, quelle plaque
plonge sous l’autre ? Comment le savezvous ?
Réponse : Il y en a plusieurs qu’on
identifie par la présence d’une fosse et
d’un arc insulaire qui suit la fosse. La
plaque plongeante se trouve du côté de
la fosse où il n’y a pas d’îles. Les îles
sont sur la plaque chevauchante.
plongeante
Source :
http://ace.acadiau.ca/science/geol/rraeside/quiz
zes/worldmap3p.htm
Failles transformantes
•
Pour qu’un mur de brique étiré puisse
se fissurer, certaines briques doivent
glisser les unes sur les autres. La
fissure, si on la remplit de mortier au
fur et à mesure, est l’équivalent d’une
dorsale. Chaque glissement constitue
une « faille transformante ».
•
De même, des failles transformantes
sont essentielles pour permettre la
construction de la lithosphère aux
dorsales et sa destruction dans les
zones de subduction.
Fissure (dorsale)
Failles transformantes
Image du USGS :
http://earthquake.usgs.gov/bytopic/
san_andreas.html
Dorsales
Failles
transformantes
Ruisseau décalé par le glissement
Faille de San Andreas
Photo de R.E. Wallace du USGS :
http://pubs.usgs.gov/gip/earthq3/s
urface.html
Cycle de Wilson
Un océan, comme toute autre chose, a une durée de vie finie. Aux processus de
création de lithosphère et d’ouverture d’un bassin océanique succèdent
inévitablement, avec le vieillissement de la lithosphère, des processus de
destruction et de fermeture du bassin océanique. La succession des différents
stades de la vie d’un océan forme le cycle de Wilson. On peut observer aujourd’hui
des océans qui se trouvent à chacun de ces stades.
Les dessins qui suivent sont de Lynn Fichter, déjà
cité. Les photos sont de la NASA :
http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/OCDS
T/Ethiopia.html et http://visibleearth.nasa.gov/
Éthiopie
La mer Rouge
Faille
transformante
du Jourdain
Arabie
Afrique
Islande
Image NOAA (U.S. National Oceanic
and Atmospheric Administration :
http://oceanexplorer.noaa.gov/explorat
ions/deepeast01/background/beneath/
beneath.html
Question
Juste avant l’ouverture de l’océan Atlantique, quelle région de la Terre était la
voisine immédiate du Québec ?
Réponse : En refermant l’océan, on découvre
que c’est le Maroc et la Mauritanie.
Mer du Japon = bassin
d’arrière-arc
Archipel du Japon = arc
insulaire
Volcan actif
Plaque Europe-Asie
Chaîne de montagnes de
l’Himalaya
Plaque Inde-Australie
Une orogenèse
Quand le déplacement et la collision des plaques lithosphériques crée un système
montagneux, on appelle cet épisode et l’ensemble des évènements qu’il englobe une
orogenèse. Pour désigner le système montagneux résultant, on parle d’un orogène.
Exemple : Nous verrons plus loin que 3 orogenèses ont contribué aux Appalaches. La
deuxième est l’orogenèse acadienne vers -400 Ma, quand l’arc insulaire Avalonia a
heurté l’Amérique du Nord de l’époque. L’orogène est constitué par des terrains qui
s’étendent de la Caroline du Sud jusqu’à Terre-Neuve en passant par l’Acadie.
Avant l’orogenèse.
Source : voir plus loin
Cénozoïque, vie
récente
Mésozoïque, vie
moyenne
Paléozoïque,
vieille vie
-65 Ma
-251 Ma
-542 Ma
-1000
Protérozoïque,
avant la vie
-2000
-2500 Ma
Archéen
-120 Ma, collines Montérégiennes
Âge
•
Le Bouclier canadien regroupe toutes les
provinces de l’Archéen et du
Protérozoïque. Il résulte de nombreuses
collisions et déchirures (cycles de Wilson).
Il est fait de roches magmatiques et
sédimentaires fortement déformées et
métamorphisées (transformées).
L’orogenèse Grenville, la dernière, a
donné des montagnes aussi hautes que
celles de l’Himalaya, dont il ne reste que
les racines usées, les Laurentides.
•
La Plate-forme du Saint-Laurent est
formée de roches sédimentaires déposées
sur la marge de la province de Grenville
lors de la fermeture de l’océan Iapetus.
•
Les Appalaches sont formées de roches
sédimentaires, volcaniques et plutoniques
(un magma qui a cristallisé dans la croûte)
mises en place lors de la fermeture de
Iapetus. Elles sont faiblement à
moyennement métamorphisées et
fortement plissées et inclinées.
Origine
Roches métamorphiques des
Laurentides
Roches sédimentaires de la
Plate-forme
Roches plissées et inclinées
des Appalaches
Imaginez que l’Arabie, récemment
séparée de l’Afrique, inverse son
mouvement actuel et vienne heurter
l’Afrique. La mer Rouge disparaîtrait,
après une courte existence, et serait
remplacée par une chaîne de montagnes
faite des roches formées ou déposées
dans la mer Rouge. On pense que cette
histoire est celle d’une des provinces
géologiques du Québec. Laquelle ?
Question
Par sa forme et sa position entre deux
provinces plus vieilles qu’elle, on peut penser
à la Fosse du Labrador (aussi appelée
Orogène du Nouveau-Québec).
La fermeture de l’océan Iapetus
Peu après l’orogenèse du Grenville le continent d’alors s’est déchiré et l’océan
Iapetus a commencé à s’ouvrir. Cette série de cartes montre la fermeture de cet
océan et la formation de la Plate-forme du Saint-Laurent et des Appalaches. Elles
sont le travail du professeur Ron Blakey de l’université Northern Arizona :
http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/nat.html. Retenez seulement l’idée que les océans
naissent et meurent, et que c’est ainsi que le Québec a gagné toute ce qui est au
sud des Laurentides.
Symboles :
Croûte continentale hors
de l’eau (émergée)
Croûte continentale sous
l’eau (submergée)
Croûte océanique
Lignes Logan et Baie
Verte-Brompton
•
Lors de la première phase de collision ayant formé les Appalaches une partie des
roches sédimentaires marines qui s’étaient formées sur la marge de la province de
Grenville sont restées en place (unité 1) et ont donné la Plate-forme du SaintLaurent. L’autre partie (unité 2) a été froissée, déplacée et incorporée dans les
Appalaches quand les roches de l’arc insulaire (unités 3, 4, 5 et des fragments de la
croûte océanique) l’ont emboutie. La ligne Logan est la frontière qui sépare sur le
terrain la Plate-forme de l’unité 2. La ligne Baie Verte (à Terre-Neuve)-Brompton
sépare, elle, l’unité 2 des roches de l’arc insulaire (3, 4 et 5).
Vue de Québec depuis l’île d’Orléans
Appalaches (nappes de charriage)
Ligne Logan
Plate-forme
Nappe de la Chaudière
La ligne Logan est parfois bien discrète. Mais, dans la région de Québec, elle
est marquée par une série de côtes abruptes parce que les terrains charriés de
l’unité 2 dominent la Plate-forme du Saint-Laurent.
Question
Dans la région de Granby, la ligne Logan est beaucoup plus discrète que dans la
ville de Québec. Les roches de la photographie, qui appartiennent à l’unité 2,
trahissent sa présence. Qu’ont-elles de particulier ?
Elles sont inclinées, ce qui montre qu’elles ont été bousculées.
Les montérégiennes
•
Depuis la fin du Paléozoïque, les seules roches ajoutées au Québec sont celles
des collines montérégiennes (monts Royal, Saint-Bruno, Rougemont, etc.) vers
-120 Ma.
•
Ce ne sont pas des volcans, mais des magmas qui ont cristallisé dans la croûte
et qui sont visibles aujourd’hui parce que l’érosion a usé la croûte de 1 ou 2 km.
•
La théorie la plus courante utilisée pour expliquer leur mise en place fait appel à
l’idée de point chaud. Une colonne de roche très stable qui monte dans
l’asthénosphère fond un peu en approchant de la lithosphère et elle fournit du
magma pendant quelques Ma. Comme la plaque portant le Québec se déplace
pendant tout ce temps, ce magma est injecté en divers points de la croûte et
forme une traînée de collines (après érosion de la couverture rocheuse).
PLAQUE
fusion
Colonne stable
Croûte
Partie manteau de
la lithosphère
Asthénosphère
Saint-Bruno et Saint-Hilaire
depuis le mont Royal.
Cette roche du mont Saint-Bruno, avec ses gros cristaux formés lentement dans les
entrailles de la Terre, n’a rien d’une roche volcanique. C’est une péridotite.
Panorama de trois des cinq volcans de l’île d’Hawaii et activité à un quatrième,
le Kilauea. On explique la naissance de cette longue chaîne d’îles par l’idée de
point chaud.
Quaternaire
•
Durant l’ère Cénozoïque (les derniers 65 Ma) le Québec n’a pas gagné de
nouveaux massifs rocheux.
•
C’est cependant une ère importante pour le cours, puisque presque tous les
dépôts de surface (roches meubles) datent de la période Quaternaire ou ont été
remaniés durant le Quaternaire (de -2,6 Ma à aujourd’hui). Ce sont ces dépôts sur
lesquels ont construit et dans lesquels on puise l’eau souterraine.
•
Tout cela résulte du fait qu’il y a encore 10 000 ans le Québec ressemblait au
Groenland et était recouvert par une couche de glace de quelques km de hauteur.
Dépôt d’argile du
Quaternaire entaillé par
le ruisseau Green près
d’Ottawa.
Photo Ian Clark,
université d’Ottawa,
http://www.science.uottawa.ca/e
st/eng/prof/clark/Clark.html