thème 1B ``le domaine continental et sa dynamique`` Problèmes du
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TS spécifique 2012 N. Pidancier thème 1B ''le domaine continental et sa dynamique'' Problèmes du thème : Quelles sont les caractéristiques de la croûte continentale par rapport à la croûte océanique ? Comment se forme la croûte continentale ? De nombreux massifs et chaînes de montagnes existent sur la croûte continentale. Comment se forment les montagnes ? Comment sont-elles arrasées ? CHAPITRE 1 : LES CARACTERISTIQUES DU DOMAINE CONTINENTAL 21% de la surface de la Terre correspond à des continents, au sens géographique, c'est-à-dire à des terres émergées. Celles-ci sont formées de lithosphère continentale. Mais, au niveau des marges passives, celle-ci se prolonge dans les océans (au sens géographique). La limite géologique entre continent et océan, marquée par le passage de la croûte continentale à la croûte océanique, se situe alors au niveau du talus continental. La croûte terrestre fait partie d'un ensemble rigide de 100 km d'épaisseur : la lithosphère. Celleci repose sur l'asthénosphère. La limite entre lithosphère et asthénosphère correspond à l'isotherme 1300°C. Document 1 : la limite géologique continent-océan au niveau des marges passives. Document 2 : Distribution du relief sur Terre Sur les terres émergées, l'accès à l'altitude est aisée. La connaissance du fond des océans a progressé avec la pose des cables télégraphiques transatlantiques dans la deuxième moitié du XIX siècle (ex: 3200 km de cables posés entre l'Irlande et Terre-Neuve en 1866) La répartition des altitudes montre une distribution bimodale (deux pics de fréquence). L'altitude moyenne des terres émergées est de 870 m alors que la profondeur moyenne des mers et océans est de -3800m. Problème : Quel est l'origine de la différence d'altitude entre continent et océan ? Hypothèse :Ces deux domaines correspondent à des croûtes de nature différente. Mouvements verticaux de lithosphère et isostasie A) La notion d' isostasie (du grec isos, égal, et stasis, arrêt) I Alfred Wegener avait déjà constaté des mouvements verticaux de continents en 1902. Depuis, on sait que ces mouvements verticaux concernent la lithosphère dans son intégralité. Ceux-ci sont expliqués par un modèle théorique du XIXè siècle : la théorie de l'isostasie. D'après ce modèle, il existerait une surface en profondeur où les forces s 'équilibreraient entre les matériaux au-dessus et au-dessous de celle-ci. Cette surface est appelée surface de compensation. Les masses de toutes les colonnes de lithosphère au dessus de la surface de compensation sont identiques. Lorsqu'il y a équilibre, on parle d'isostasie. Ainsi la lithosphère repose en équilibre sur l'asthénosphère comme un glaçon flotte sur l'eau. Si l'équilibre isostatique est modifié cela engendre des mouvements verticaux. Rque : la surface de compensation a une réalité mathématique, elle ne correspond pas à une discontinuité physique. La théorie de l'isotasie permet d'expliquer la présence d'anciens rivages à plus d'une centaine de mètres d'altitude en Scandinavie. Après la fonte d'un épais glacier recouvrant la Scandinavie, (p. 144-145). la remontée des terrains, encore en cours, permet le retour à l'équilibre isostatique (il y a adjonction de matériau dense sous la lithosphère). B) Reliefs et isostasie Plusieurs scientifiques ont proposé leur interprétation des reliefs (voir document). D'après le modèle d'Airy (1855), la croûte, de même densité partout, devrait ainsi être épaissie sous les reliefs. Les montagnes correspondraient ainsi à des régions où il y aura en profondeur une racine de matériel peu dense, appelée racine crustale. D'après le modèle de Pratt (1854), la lithosphère a une densité variable latéralement. Le relief négatif s'expliquerait par une lithosphère plus dense que celle au niveau des reliefs positifs. Doc 2 et 3 p. 150 : L'étude de la propagation des ondes sismiques montre que le Moho, limite croûte/manteau, est plus profond sous les montagnes. Il y a bien présence d'une racine crustale constituée de croûte continentale . Le modèle d'Airy est donc cohérent au niveau des chaînes de montagnes. II Les caractéristiques de la croûte continentale : A) Nature des roches et densité (TP1) La croûte continentale est formée d'une grande diversité de roches. Elle est majoritairement composée de roches magmatiques voisines du granite et de roches métamorphiques (ex : gneiss). En surface, on note aussi la présence de roches sédimentaires. La croûte continentale a une densité (2, 7) plus faible que la croûte océanique (2,9). B)L'épaisseur de la croûte continentale (doc 3 p. 151) L' épaisseur moyenne de la croûte continentale est de 30 km.alors que l'épaisseur de la croûte océanique est d'environ 7 km. Sous les montagnes, la croûte continentale est plus épaisse et forme une racine crustale, pouvant atteindre 50-70km de profondeur dans les Alpes et l'Himalaya. La crôute continentale est moins dense et plus épaisse que la croûte océanique. Dans le cadre de la théorie de l'isostasie, ces différences de densité et d'épaisseur explique les différences d'altitude entre croûte continentale et croûte océanique. C) La croûte continentale, une croûte très âgée 1) Age des roches de la croûte continentale (doc 4 p. 149) La croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Les plus vieilles roches continentales connues sont situées au Canada (Gneiss d'Acasta, 4,02 Ga). Plusieurs sites ont des roches âgées de 2,5 à 4 Ga (Ouest de l'Australie, Est du Canada, Groënland, Afrique du Sud et de l'Est, Europe de l'Est, Nord Est de l'Asie...). On pense qu'elles correspondent aux premiers continents formés sur Terre. La croûte océanique, quant à elle, est âgée de moins de 200 Ma (carte sous couverture, fin du livre). La lithosphère océanique se renouvelle en permanence contrairement à la lithosphère continentale. Le mode de formation des deux croûtes diffère donc. Pb : comment est produite la croûte continentale ? (chapitre 3). 2) méthode de datation des roches : la radiochronologie (p. 148-149) en attente du cours de mathématiques III Le relief des chaînes de montagnes (voir TP2) L'épaisseur de la croûte continentale dans les zones de montagne résulte d'un épaissement lié à un raccourcissement et un empilement. 1) indices tectoniques Dans les montagnes, on peut observer de nombreux plis, failles inverses, chevauchement et nappes de charriage. Cela raccourcit les terrains et les empilent d'où un épaississement de la croûte continentale. 2) indices pétrographiques On observe à l'affleurement dans les chaînes de montagnes, des roches ayant subi des transformations à l'état solide. Ce sont des roches métamorphiques. On peut constater : 1- des minéraux étirés/déformés/disposés en feuillets 2- des minéraux témoignant d'augmentation de température et de pression En effet, les minéraux présents dans les roches se forment dans certaines conditions de pression et de température. Lors de changements des conditions thermobarométriques, ils peuvent se transformer en d'autres minéraux en restant à l'état solide et en gardant leur composition chimique globale, c'est donc bien du métamorphisme. Dans certains cas, la roche peut partiellement fondre. On parle alors d'anatexie. Il y a alors formation de magma qui peut cristalliser lentement et donner de nouvelles roches (migmatite). En soumettant expérimentalement des roches à des températures et des pressions qui règnent en profondeur, les scientifiques ont défini différents domaines. En portant sur le diagramme l'ensemble des couples P-T pour lesquels se produit la fusion partielle de la roche (anatexie), on obtient une courbe (solidus) qui sépare le domaine du métamorphisme, roches ayant subi une transformation à l'état solide, de celui du magmatisme, roche résultant d'une fusion partielle. Le domaine altération/diagenèse correspond aux modifications des roches sédimentaires. Profondeur (en km) Document : diagramme pression-température et domaine indicatif des transformations des roches (variables selon les minéraux).(Nathan TS spécifique 2012, p. 138) Dans les montagnes, la présence de roches métamorphiques issues de roches de la CC (avec des minéraux témoignant de hausses de pressions et/ou températures) confirme que ces roches ont été enfouies. Cet enfouissement résulte du raccourcissement et de l'empilement d'écailles de croûte continentale.[on verra plus loin que des roches de la CO peuvent aussi être concernées] Les reliefs de montagnes sont dûs à des contraintes en convergence. Ces contraintes entraînent des déformations/modifications des terrains, des roches et de leurs minéraux. Les études tectoniques et pétrographiques pemettent de reconstituer un scénario de l'histoire des chaînes de montagnes.
