THEME 1B: les continents et leur dynamique

THEME 1B: les continents et leur
dynamique
Chapitre 1 : les particularités de
la croute continentale.
Rappels de 1ereS
Rappels sur les roches, sur les densités, sur les structures
visibles
Les roches de la croûte océanique proviennent du refroidissement de magmas injectés à l'axe des dorsales.
Ce sont essentiellement des basaltes, roches volcaniques constituant la partie supérieure du plancher
océanique et surmontant des gabbros, roches plutoniques de même composition. Cet ensemble est tapissé
d'une couche sédimentaire d'autant plus épaisse que l'on se trouve éloigné de la dorsale. La croûte
océanique, de 5 à 6 km d'épaisseur, repose sur le manteau supérieur formé de roches grenues, les
péridotites.
I- Les roches de la croute continentale
• TP_17: identification des roches et de leurs minéraux.
Roche
magmatique
plutonique
(entièrement cristallisée), de texture
grenue, contenant surtout des
feldspaths
et
du
quartz
et
accessoirement des micas et des
amphiboles..
Roche magmatique plutonique foliée
(foliation ou schistosité) constitué de quartz,
de mica, des feldspaths plagioclases et parfois
du feldspath alcalin, d'amphiboles,
Les roches magmatiques comme les granites, issues
du refroidissement d’un magma, représentent 44,5%
du volume crustal. Un granite est une roche grenue,
composé de Quartz, de Feldspaths alcalins (parfois de
F plagioclases) et de micas (biotite), c'est une roche
riche en silice (Si) et en Aluminium (Al).
Les gneiss sont des roches métamorphiques qui
représentent 40% du volume crustal et ont la même
composition minéralogique que le granite. Elles sont
issues de la transformation à l’état solide de roches
sédimentaires ou magmatiques. Sa foliation ou
schistosité est due à une réorganisation des minéraux
en fine bande (contrainte de pression accompagnant le
métamorphisme).
ROCHES SEDIMENTAIRES
À l'affleurement, la majeure partie du domaine continental est constitué de roches
sédimentaires (11%) issues de l’accumulation de sédiments en surface, ce sont les
calcaires, grès et argiles.
SIMA
SIAL
La croûte continentale est riche en Si et en Al (ce qui explique
l'ancienne dénomination de Sial) alors que la croûte océanique
est également riche en Magnésium (Sima)
Différence de roches et différence de densité.
Cette différence de composition minéralogique s'accompagne d'une différence
de densité : une mesure simple de la masse volumique d'échantillons de
granites et de basaltes permet de le confirmer. On peut estimer que la densité
moyenne de la croûte continentale est de l'ordre de 2,7 alors que celle de la
croûte océanique est plus proche de 3.
Cette différence pose le problème des relations d'équilibre entre ces croûtes et
le manteau sous-jacent. Comment expliquer cet équilibre?
II ) Croutes et notion isostasie.
Lithosphère :ensemble rigide composée
de croute + manteau supérieur rigide en
équilibre sur l’asthénosphère et
découpée en plaques.
La limite lithosphère – asthénosphère correspond à l’isotherme 1300°C (
rappel 1ere).
La lithosphère repose sur l’asthénosphère, zone du manteau terrestre
moins rigide et déformable, on dit qu’elle est ductile.
Comment expliquer cet équilibre alors que les densités des croutes et
leur épaisseur diffèrent?
1) Des observations historiques de Bouguer au 18ème
siècle
Les études gravimétriques s'intéressent
aux variations fines de l'intensité de la
pesanteur terrestre (ou gravité): la Terre
n’étant pas vraiment sphérique et sa
surface présentant des variations
d’altitude, on en déduit que la masse
exercée près d’une montagne doit faire
varier la pesanteur selon un angle que l’on
peut calculer.
Si on compare cette valeur calculée à la
valeur effective mesurée à l'aide de
gravimètres, on constate alors l'existence
d'anomalies par exemple, dans les régions
montagneuses, la pesanteur mesurée est
souvent inférieure à la valeur théorique
attendue.
Cartographie de l’anomalie de Bouguer en France
2) La surface de compensation
Dans ce cas de figure, avec des épaisseurs différentes l’équilibre est rompu
donc….
2
1
Pour que l’équilibre soit
maintenu, il faut que la
colonne 1 et 2
présentent la même
masse.
3) Les modèles explicatifs
Le modèle d’Airy qui
est adapté à la
lithosphère
continentale pour
lequel la masse
volumique de la
croûte est constante.
Ce qui est confirmé
par la profondeur
importante du Moho
sous les chaînes de
montagnes
On appelle isostasie cet état d'équilibre réalisé à une
certaine profondeur de la Terre, dite profondeur de
compensation.
La disparition de la masse de glace qui recouvrait le canada a provoqué une
remontée de la croûte continentale ainsi allégée, il s’agit donc d’un rééquilibrage
isostatique, encore appelé rebond isostatique postglaciaire. Ce mouvement est
ralenti par la très grande viscosité du manteau lithosphérique et le soulèvement
isostatique depuis la fusion des glaces n'est donc pas encore terminé
actuellement.
III ) l’épaisseur de la croute continentale
L’altitude moyenne la plus fréquente sur les continents est de 300m et sous les océans,
elle est de -4800m).
Les reliefs continentaux sont moins accentués que sous les océans. Ces différences
d’altitude moyenne s’expliquent entre autre par des différences de roches (granites sur les
continents / basaltes et gabbros sous les océans).
Pour identifier la structuration verticale et l’épaisseur des couches du domaine
continental, on fait appel à la sismique réflexion
Retard des ondes PMP δt = 3,32s
Profondeur du Moho
H = 44,3 km
Carte de profondeur du Moho dans les alpes
En domaine continental, la profondeur du Moho se situe en général
aux alentours de 30 km ; cette valeur représente donc l'épaisseur
moyenne de la croûte continentale (à comparer avec les 6 à 7 km de
la croûte océanique). La valeur obtenue par les sismologues varie
toutefois beaucoup suivant les régions.
Dans une région montagneuse (zone alpine par exemple), la
profondeur du Moho s'abaisse notablement, jusqu'à 60 km environ.
Comme le laissaient penser les modèles concernant l'équilibre
isostatique, l'excès de masse représenté par la chaîne de montagnes
est compensé en profondeur par une « racine crustale » moins
dense que le manteau supérieur.
Comment une telle épaisseur peut-elle s’établir?
IV- les indices tectoniques et pétrologiques de
l’épaississement de la croute continentale.
• 1) les indices tectoniques (doc p 130,131)
Les géologues peuvent identifier, sur le terrain, des indices
révélateurs des contraintes compressives qui se sont exercées.
Les plis affectent les séries
sédimentaires, témoignent
d’une déformation
souple
Les failles inverses sont un
indice de déformation cassante
et traduisent un raccourcissement
local de la croûte
Le "pli-faille" est une déformation obtenu
quand un raccourcissement affecte des
couches géologiques assez "compétentes"
(résistantes) pouvant glisser sur un niveau de
décollement. Ce type de structure peut exister
à différentes échelles.
Les nappes de charriage
représentent une espèce de
paroxysme : des formations
géologiques de taille parfois
impressionnante ont glissé sur des
distances qui peuvent atteindre
plusieurs dizaines de kilomètres, en
chevauchant les formations en
place.
Plis, failles inverses, chevauchement et nappes de charriage sont
des indices d’un raccourcissement (horizontal) associé à un
épaississement (vertical) de la croûte dans les chaînes de
montagne par empilement d’écailles crustales.
Cet épaississement permet d'expliquer les conditions de pression
et de température nécessaires à la formation des roches
métamorphiques ou à la fusion partielle.
2) Les indices pétrologiques ( doc p 132, 133)
Du simple fait de l'enfouissement à des profondeurs de plusieurs kilomètres, les
roches sont soumises à des températures et des pressions croissantes et se
transforment.
a) Des transformations à l'état solide
Le gneiss issu de la transformation du granite contient les
mêmes minéraux mais réorganisation s’opère alors que la
roche reste à l'état solide, cela caractérise les roches
métamorphiques.
Doc 1 et 2 p132
Le métamorphisme est une modification de la structure et de la composition d’une
roche par une modification des conditions de pression et de température à l’état
solide.
Ces modifications peuvent être caractérisées par une orientation des minéraux
(étirement) et par des transformations minéralogiques à l’état solide en fonction
des conditions de pression et de température
b) Trace de fusion partielle.
Si la température et la pression s'élèvent
encore plus, une partie de la roche
métamorphique peut fondre et donner
naissance à un magma
Ce phénomène de fusion partielle
constitue ce que l'on nomme
l'anatexie.
Les migmatites sont
des gneiss contenant
des lentilles granitiques
: ce granite provient de
la cristallisation d'un
magma, lui-même
produit par la fusion
des minéraux les moins
réfractaires du gneiss
(ceux qui ont la
température de fusion
la plus faible).
V- l’âge de la croute continentale
1) Age de la croute océanique et continentale.
On sait que la croûte océanique est recyclée en
permanence : la croûte ancienne devenue trop dense,
sombre inexorablement dans le manteau.
Ainsi, on ne connaît pas de croûte océanique d'âge
supérieur à quelque 200 Ma
En revanche, la croûte continentale peut être très vieille : l'âge des gneiss d'Acasta au
Canada, roches parmi les plus vieilles connues, est de 4,03 Ga. Comment ces âges
sont ils obtenus ?
2) Méthode de datation absolue: la radiochronologie
Auréole de
désintégration du
Rubidium présent
dans le zircon.
L’isotope utilisé entre outre en datation est l’isotope 87 (87Rb)
du rubidium : celui-ci est radioactif et il se désintègre en
strontium 87Sr.
Sa demi-vie est de 48,8 milliards d'années.
87Rb → 87Sr
Le père
Le fils
t=ln(a+1)/λ
A partir de ces mesures on trace une droite (droite isochrone)
dont la pente est proportionnelle à l’âge de l’échantillon
b est identique pour tous les minéraux (pas de ségrégation des
isotope lourd)
a = eλt -1 donc a+1 = eλt
ln (a+1) = λt
t = ln (a+1) / λ
où λ est la constante de désintégration du couple 87 Rb/ 87 Sr
= 1.42 10-11an-1
souvent simplifié par cette approximation: t =a/ λ
http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/datation-rubidium-strontium.xml
Ce sont des méthodes de radiochronologie qui permettent
de réaliser de telles datations.
Elles sont fondées sur la connaissance de la désintégration
radioactive d'éléments contenus dans les roches.
Ce phénomène obéit à une loi immuable de décroissance
exponentielle en fonction du temps, la demi-vie variant
d'un élément à l'autre.
On dispose donc de divers géochronomètres. Parmi eux, les
éléments rubidium et strontium, présents dans les roches
de la croûte continentale, permettent de dater des roches
vieilles de plusieurs milliards d'années.