Le domaine continental et sa dynamique
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TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique Le domaine continental et sa dynamique I La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale : 1 approche de la notion d’isostasie (Etude d’un rééquilibrage) Observation de mouvements verticaux ascendants de la lithosphère continentale d’épaisseur normale (ex : Nord-Est du Canada) suite à la fonte d’une calotte glaciaire. ↔ Notion d’un équilibre réalisé entre la couche superficielle et rigide qu’est la lithosphère et la couche profonde et ductile qu’est l’asthénosphère : la lithosphère « flotte » sur l’asthénosphère. Cet équilibre est appelé équilibre isostatique. Explication : Suite à la fonte de la calotte, l’équilibre isostatique est rompu. Le soulèvement correspond à un mouvement vertical de rééquilibrage (= rebond post-glaciaire). Illustration 1 : Rebond post-glaciaire Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7) Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique (d = 3,3) Duplos blancs : glace (d = 0,9) Définition de l’isostasie : Equilibre lithostatique des enveloppes superficielles réalisé à partir d’une certaine profondeur, qu’il est possible de matérialiser par une surface théorique dite de compensation ou d’égale pression (le poids des colonnes de matière unitaires situées au-dessus du niveau de compensation est constant). 2 Dualité d’altitude océans-continents Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S : « La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par des différences crustales. La croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d'une épaisseur plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique ». Données de sismologie : 1 H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique Epaisseur moyenne de la croûte continentale = 35 km > Epaisseur moyenne de la croûte océanique = 7 km Mesures de masses volumiques (en relation avec composition minéralogique) : Densité moyenne de la croûte continentale = 2,7 < Densité moyenne de la croûte océanique = 2,9 => Dans le cadre de l’équilibre isostatique, ces différences d’épaisseur et de densité expliquent que l’altitude moyenne des océans soit inférieure à l’altitude moyenne des continents. Illustration 2 : Dualité d’altitude océans-continents Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7) Duplos bleus, un peu lestés : croûte océanique (d = 2,9) Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique (d = 3,3) 3 Reliefs continentaux et épaisseur de la croûte continentale Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S : « Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale ». Situation d’appel : reliefs positifs (chaînes de montagnes) = surcharge pondérale. Comment l’équilibre isostatique peut-il être réalisé malgré cette surcharge ? Données sur la profondeur du Moho, par exemple en France : cette profondeur est variable, elle est plus importante sous les reliefs. => Notion de racine crustale, moins dense que le manteau ↔ réalisation de l’équilibre isostatique. Illustration 3 : Racine crustale sous un massif montagneux 2 H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7) Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique (d = 3,3) 4 Modèles de Pratt et d’Airy Présentation des modèles de Pratt et d’Airy et question : quel modèle est adapté à quel cas évoqué précédemment? Le modèle de Pratt est bien adapté pour expliquer la différence d’altitudes océans-continents. En effet, la croûte océanique est plus dense et moins épaisse que la croûte continentale, elle émerge alors moins. Le modèle d’Airy est bien adapté pour le cas d’un épaississement de la lithosphère continentale. En effet, la présence de racines crustales moins denses que la matière environnante permet de compenser l’excès de masse dû au relief. II La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes : Moteur de la subduction (Etude de la rupture d’un équilibre isostatique) Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S : « La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère ». Explicitation de la cause de la subduction : Quand densité moyenne lithosphère océanique < densité moyenne asthénosphère, l’équilibre isostatique est réalisé : la lithosphère (ici océanique) repose en équilibre sur l’asthénosphère. Or, (calcul élèves) quand l’âge de la lithosphère océanique augmente, il y a augmentation de sa densité moyenne (l’épaisseur de manteau supérieur lithosphérique (d= 3,3) augmente tandis que celle de la croûte océanique reste inchangée (d = 2,9)). Quand densité moyenne lithosphère océanique > densité moyenne asthénosphère, il y a rupture de l’équilibre isostatique, la lithosphère océanique plonge dans l’asthénosphère : c’est la subduction. Image 4 : Subduction de la lithosphère océanique dans l’asthénosphère 3 H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique Duplos bleus, un peu lestés : croûte océanique (d = 2,9) Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique (d = 3,3) III La disparition des reliefs Extrait du programme de l'enseignement spécifique de SVT en Terminale S : « On y observe [dans les chaînes de montagnes anciennes] à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur ». Calculs, observations : - Vitesse d’érosion calculée (à partir de la masse de sédiments par exemple) > vitesse de l’évolution (abaissement) de l’altitude d’une chaîne de montagne au cours du temps. - Profondeur Moho chaînes de montagnes jeunes (ex : Alpes) > profondeur Moho chaînes de montagnes anciennes (ex : Massif central) - Proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur retrouvés à l’affleurement dans les chaînes de montagnes anciennes (ex : Massif Central) > Proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur retrouvés à l’affleurement dans les chaînes de montagnes récentes (ex : Alpes) Explication : Erosion => Réajustement isostatique <=> Remontée de la racine crustale => affleurement de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Au bout de plusieurs cycles érosion/rééquilibrage isostatique, l’épaisseur de la croûte continentale tend à être ramenée à environ 30 km (stade pénéplaine). Illustration 5 : Erosion et remontée de la racine crustale 4 H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme TS – Thème 1B : Le domaine continental et sa dynamique Duplos rouges : croûte continentale (d = 2,7) Duplos verts, lestés : manteau supérieur lithosphérique (d = 3,3) 5 H. Zelsmann, lycée Europole – F. Arbid, lycée Philibert Delorme
