TD: Chaînes de montagne
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TD 8 : Chaînes de montagne Introduction : Zone d’étude CHINA L’Himalaya se situe à la limite entre l’Inde et la Chine. C’est une chaîne de collision (remontée de l’Inde vers le Nord). Introduction : Zone d’étude CHINA L’Himalaya se situe à la limite entre l’Inde et la Chine. C’est une chaîne de collision (remontée de l’Inde vers le Nord). Nous allons étudier ce qui se passe au Népal, dans la région de Katmandou. Introduction : Zone d’étude Edmund Hillary Into thin air : death on Everest L’Himalaya, ce sont les montagnes les plus hautes du monde (Everest : 8848m). Le toit du monde a seulement été conquis en 1953. Introduction : Zone d’étude Localisation de la carte étudiée : juste à l’Ouest de Katmandou 1. Relief et tectonique active Relief etQuestion tectonique active 1 Réalisez, à partir de la carte du Népal (fig. 1) un profil topographique Nord-Sud passant par la longitude 84°E. Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m 1. Relief et tectonique active Relief etQuestion tectonique active 1 Réalisez, à partir de la carte du Népal (fig. 1) un profil topographique Nord-Sud passant par la longitude 84°E. Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m SUD NORD Trait de coupe 8000 6000 4000 2000 0 1. Relief et tectonique active Relief etQuestion tectonique active 1 Réalisez, à partir de la carte du Népal (fig. 1) un profil topographique Nord-Sud passant par la longitude 84°E. NORD SUD Trait de coupe + + + + + + ++ + + + + + + + + 8000 6000 4000 2000 0 1. Relief et tectonique active Relief etQuestion tectonique active 1 Réalisez, à partir de la carte du Népal (fig. 1) un profil topographique Nord-Sud passant par la longitude 84°E. NORD SUD ++ + + + + ++ + + + + + + + + 8000 6000 4000 2000 0 1. Relief et tectonique active Question 2 Localisez les deux chevauchements principaux (MBT et MCT). NORD SUD Prendre un pendage de 20° pour MBT et MCT ++ + + + + ++ + + + + + + + + 8000 6000 4000 2000 0 1. Relief et tectonique active Question 2 Localisez les deux chevauchements principaux (MBT et MCT). MBT = Main Boundary Thrust ou Chevauchement frontal principal MCT = Main Central Thrust ou Chevauchement central principal. NORD SUD MBT ++ + + + ++ + + + + + + MCT + + + 8000 6000 4000 2000 0 1. Relief et tectonique active Question 2 Rappel chevauchement : Les triangles sont du côté de la couche qui chevauche. Pendage très faible. 1. Relief et tectonique active Relief tectonique Question 3et : lien avec la topographieactive ? « MBT » = Main Boundary Thrust Chevauchement frontal principal « MCT » = Main Central Thrust Chevauchement central principal Recopier et remplir le tableau suivant, puis formuler une hypothèse pour répondre à la question : MBT : chevauchement bordier Relief Sismicité MCT : chevauchement central 1. Relief et tectonique active Relief tectonique Question 3et : lien avec la topographieactive ? « MBT » = Main Boundary Thrust Chevauchement frontal principal « MCT » = Main Central Thrust Chevauchement central principal Recopier et remplir le tableau suivant, puis formuler une hypothèse pour répondre à la question : Relief Sismicité MBT : chevauchement bordier MCT : chevauchement central Faible Fort 1. Relief et tectonique active Relief tectonique Question 3et : lien avec la topographieactive ? « MBT » = Main Boundary Thrust Chevauchement frontal principal « MCT » = Main Central Thrust Chevauchement central principal Recopier et remplir le tableau suivant, puis formuler une hypothèse pour répondre à la question : MBT : chevauchement bordier MCT : chevauchement central Relief Faible Fort Sismicité Forte Faible • Le MBT est très actif et participe à la formation du relief actuel, encore faible. • Le MCT n’est plus très actif mais a permis dans le passé la mise en place d’un fort relief. 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Etude d’un profil sismique 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Rappel : la sismique réflexion Sur la mer Sur Terre 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Quels sont les deux réflecteurs principaux sur ce profil ? A quoi peuvent-ils correspondre ? Faire le lien avec le profil topographique. 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Quels sont les deux réflecteurs principaux sur ce profil ? 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Quels sont les deux réflecteurs principaux sur ce profil ? A quoi peuvent-ils correspondre ? 1 : Il s’agit du MCT qui se prolonge en profondeur jusqu’à 30km. 2 : Il s’agit du Moho (base de la croûte). 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Epaisseur normale d’une croûte continentale ? Epaisseur au niveau du profil ? 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Rappel : le MOHO Gabbro = croûte océanique Péridotites = manteau • Le Moho ou discontinuité de Mohorovičić est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur de la Terre. Cette discontinuité a été détectée pour la première fois en Croatie en 1909 par Andrija Mohorovičić. • Le Moho est la limite inférieure de la croûte continentale, ayant une épaisseur comprise entre 20 et 90 km (épaisseur plus grande sous les chaînes de montagnes) et de la croûte océanique ayant une épaisseur comprise entre 5 et 10 km. Le Moho est en moyenne situé à 35 km de profondeur. 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Epaisseur normale d’une croûte continentale ? Normale : 35 km Epaisseur au niveau du profil ? Profil : ~70 km donc le double Le chevauchement permet ici de doubler l’épaisseur de la croûte continentale sous l’Himalaya 2. Reliefetettectonique épaississement Relief active Remarque : En profondeur, le MBT et le MCT finissent par se confondre. On parle alors de MHT (Main Himalayan Thrust = Chevauchement Himalayen Principal). MBT MCT CROUTE INDIENNE MANTEAU SUTURE MHT MOHO CROUTE ASIATIQUE 3. Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Quelques définitions à savoir : • Métamorphisme : ensemble des transformations à l’état solide qui entraînent un réarrangement à l’échelle atomique des éléments d’une roche, sous l’effet de variations de température, de pression ou de composition. • Métasomatose : processus métamorphique par lequel il y a, dans un élément au sein d'une roche, remplacement d'un minéral par un autre, atome par atome, molécule par molécule (facultatif) • Protolithe : roche initiale ou roche mère qui, par une série de transformations géothermobarométriques, donne une roche métamorphique. • Paragenèse : association de minéraux dans une roche donnée qui sont stables dans certaines conditions de température et de pression (communauté d’origine). Le métamorphisme entraîne la transformation d’une paragenèse initiale en une nouvelle paragenèse. 3. Métamorphisme et raccourcissement Quelques définitions à savoir : Le paramétamorphisme affecte les roches sédimentaires… Grès Paragneiss …Et l’orthométamorphisme affecte les roches magmatiques. Granite Orthogneiss 3. Métamorphisme et raccourcissement Rappel : diagrammes P/T Domaine : zone d’existence du minéral Ligne : transformation d’un minéral en un autre Exemple : transformation de l’andalousite en sillimanite si P et T augmentent 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement Rappel : diagrammes P/T Prograde Rétrograde Deux types de métamorphisme : - Prograde : augmentation de P et T. - Rétrograde : diminution de P et T. III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et 1) Placez les roches suivantes surleleraccourcissement diagramme Placer les roches sur diagramme P/T ROCHE 2 Gneiss avec paragenèse initiale : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite Rétromorphosée en : Chlorite et Staurotide Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite MBT MCT SUTURE 1 2 CROUTE INDIENNE MANTEAU MHT MOHO CROUTE ASIATIQUE Intermède : Quelques minéraux des roches métamorphiques Grenats Minéral rouge/brun/violet Le plus fréquent est l’almandin. Roches métamorphiques variées. Grenats Minéral rouge/brun/violet Le plus fréquent est l’almandin. Roches métamorphiques variées. En lame mince LPNA : rosé, hexagonal. Noir en LPA. Chlorite Minéral vert (faible pression, faible température) Se développe souvent en remplacement d’autres minéraux. Sur la roche : grenat et chlorite sont à l’équilibre (même paragenèse). Sur la lame : la chlorite remplace le grenat (elle est plus tardive). Staurotide Minéral jaune paille. Forme caractéristique en roche : croisette de Bretagne Allongé avec fort relief en lame mince. Moyenne à haute pression, température moyenne. Sillimanite Roche incolore à texture fibreuse En LPA : fibres jaunes-orangées regroupées en paquets. Flammes/cheveux. Muscovite et biotite Mica blanc = Muscovite et Mica noir = Biotite. Minéraux en feuillets, blancs ou brun-noir. En LPNA : muscovite transparente et biotite orange-brun En LPA : colorations multiples vert-rose. Roche 1 : argile métamorphisée • Grenat-Chlorite-Staurotide-Sillimanite Argile métamorphisée = Ardoise !! Roche 2 : gneiss profond Paragenèse initiale : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Rétromorphose : apparition de chlorite et staurotide III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placez les roches suivantes surlelediagramme diagramme Placer les roches sur P/T ROCHE 2 Gneiss avec paragenèse initiale : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite Rétromorphosée en : Chlorite et Staurotide Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et 1) Placez les roches suivantes surleleraccourcissement diagramme Placer les roches sur diagramme P/T ROCHE 2 Gneiss avec paragenèse initiale : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite Rétromorphosée en: Chlorite et Staurotide Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite Replacez dans ce diagramme la roche 1, la paragenèse initiale de la roche 2 et la rétromorphose de la roche 2. III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placez les roches suivantes surlelediagramme diagramme Placer les roches sur P/T Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite Replacez dans ce diagramme la roche 1, la paragenèse initiale de la roche 2 et la rétromorphose de la roche 2. III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placez les roches suivantes surlelediagramme diagramme Placer les roches sur P/T ROCHE 2 Gneiss avec Paragenèse initiale : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite Rétromorphosée en : Chlorite et Staurotide Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite Replacez dans ce diagramme la roche 1, la paragenèse initiale de la roche 2 et la rétromorphose de la roche 2. III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placezles lesroches roches le diagramme Comment ontsuivantes bougé ausur cours du temps sur le diagramme ? ROCHE 2 Gneiss avec Paragénèse initiale : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite Rétromorphosée en : Chlorite et Staurotide Main Central Thrust ROCHE 1 Argile métamorphisée : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placezles lesroches roches le diagramme Comment ontsuivantes bougé ausur cours du temps sur le diagramme ? Main Central Thrust 20 Ma ROCHE 1 Argile métamorphisée (~20Ma) : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite 25 Ma III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placezles lesroches roches le diagramme Comment ontsuivantes bougé ausur cours du temps sur le diagramme ? ROCHE 2 Paragénèse initiale (<25Ma) : Grenat-Biotite Muscovite-Sillimanite 25Ma Rétromorphosée (~20 Ma) en : Chlorite et Staurotide Main Central Thrust 20Ma Av. 25Ma 25Ma ROCHE 1 Argile métamorphisée (~20Ma) : Grenat-Chlorite+Staurotide+Sillimanite III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme 1) Placez les roches suivantes sur leraccourcissement diagramme Comment les roches ont et bougé au cours du temps ? 25Ma 20Ma : remontée du gneiss descente des argiles 20Ma Av. 25Ma 25Ma Comment ces deux roches sont-elles arrivées à l’affleurement ? III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 1) Placez les roches suivantes sur le diagramme Comment les roches ont bougé au cours du temps ? 25Ma 20Ma : remontée du gneiss descente des argiles 20Ma Av. 25Ma 25Ma Comment ces deux roches sont-elles arrivées à l’affleurement ? Par érosion Etat final (0Ma) III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance delong chevauchement EI (état initial) D1 α 25Ma EF (état final) D2 EI Distance parcourue par l’argile (roche 1) le long du chevauchement : D1 20Ma Av. 25Ma 25Ma Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P = ρgz. Comment peut-on calculer D1 ? Rappel : 1 Pa = 1 N.m-2 = 1 kg.m-1.s-2 III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par l’argile (roche 1) le long du chevauchement : D1 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P= ρgz. Comment peut-on calculer D1 ? A l’état initial, l’argile est à la surface z=0. A l’état final, l’argile est à 4 kbar ce qui correspond à : 𝑷 z= = 𝝆𝒈 Rappel : 1 Pa = 1 N.m-2 = 1 kg.m-1.s-2 III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par l’argile (roche 1) le long du chevauchement : D1 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P= ρgz. Comment peut-on calculer D1 ? A l’état initial, l’argile est à la surface z=0. A l’état final, l’argile est à 4 kbar ce qui correspond à : 𝑷 z = = (4x108)/(2700x10) = 14,8 km 𝝆𝒈 Rappel : 1 Pa = 1 N.m-2 = 1 kg.m-1.s-2 III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par l’argile (roche 1) le long du chevauchement : D1 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P= ρgz. Comment peut-on calculer D1 ? A l’état initial, l’argile est à la surface z=0. A l’état final, l’argile est à 4 kbar ce qui correspond à : 𝑷 z = = (4x108)/(2700x10) = 14,8 km 𝝆𝒈 Et pour D1 ? Rappel : 1 Pa = 1 N.m-2 = 1 kg.m-1.s-2 III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par l’argile (roche 1) le long du chevauchement : D1 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P= ρgz. Comment peut-on calculer D1 ? A l’état initial, l’argile est à la surface z=0. A l’état final, l’argile est à 4 kbar ce qui correspond à: 𝑷 z = = (4x108)/(2700x10) = 14,8 km 𝝆𝒈 D1= (z-0)/sin(α) = 14,8/sin(20) ≈ 43 km III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par le gneiss (roche 2) le long du chevauchement : D2 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P = ρgz. Comment peut-on calculer D2 ? III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Distance parcourue par le gneiss (roche 2) le long du chevauchement : D2 Expression de la pression P en fonction de la profondeur z : P = ρgz. Comment peut-on calculer D2 ? A l’état initial, le gneiss est à 8 kbar, ce qui correspond à : 𝑷 Z0 = = (8x108)/(2700x10) = 29,6 km 𝝆𝒈 A l’état final, le gneiss est à 4 kbar, ce qui correspond à : 𝑷 Z = = (4x108)/(2700x10) = 14,8 km 𝝆𝒈 Donc : D2= (z-z0)/sin(α) = (29,6-14,8)/sin(20) ≈ 43 km III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Attention : la distance totale parcourue est égale à la somme des deux ! D1 + D2 = 86 km. III- Métamorphisme et raccourcissement 3. Métamorphisme et raccourcissement Métamorphisme et raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes surlele long diagramme du chevauchement Estimation deparcourue la distance de chevauchement Attention : la distance totale parcourue est égale à la somme des deux ! D1 + D2 = 86 km. Après 20 Ma ? L’érosion et l’activation du MBT font « remonter » passivement les roches vers la surface III- Métamorphisme et raccourcissement 4. Vitesse de raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes parcourue surlelelong diagramme du chevauchement EI D1 α L1 25Ma 20Ma EF L2 D2 Comment peut-on exprimer le raccourcissement total imposé par le chevauchement ? En déduire l’expression de la vitesse. 25Ma EI III- Métamorphisme et raccourcissement 4. Vitesse de raccourcissement 2) Estimez 1) Placez les la roches distance suivantes parcourue surlelelong diagramme du chevauchement EI D1 α L1 25Ma 20Ma EF L2 R D2 Comment peut-on exprimer le raccourcissement total imposé par le chevauchement ? En déduire l’expression de la vitesse. 25Ma R = L1 + L2 R = D1 cos (α) + D2 cos (α) R = (D1 + D2) cos (α) V = R/t = (D1+D2) x cos (α) / t = 86 x cos(20) / 5 = 16 km/Ma = 16 mm/an = 1,6 cm/an EI
