Fiche de révision thème 1-B-1 : Les caractéristiques du domaine continental

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1 Fiche de révision thème 1-B-1 : Les caractéristiques du domaine continental 1. La croûte continentale La structure de la croûte continentale, comme celle de la croûte océanique, est connue à la fois par les échantillons prélevés en surface ou lors d un forage et par des études géophysiques, notamment à l aide de la sismique-réflexion : les roches appartenant à la croûte supérieure sont mieux connues que les autres car elles sont plus accessibles. La croûte continentale est constituée de roches sédimentaires, métamorphisées ou non, de roches volcaniques épanchées en surface et de roches plutoniques cristallisées à quelques kilomètres ou quelques dizaines de kilomètres de profondeur, le plus souvent sous forme de granites. Les roches sédimentaires sont les roches les plus représentées à la surface de la croûte terrestre (75 % de la surface est recouverte par des roches sédimentaires). Elles sont formées à la surface de la Terre par sédimentation de particules d origines diverses : les roches sédimentaires affleurent au niveau des bassins sédimentaires et ne représentent qu un placage de 2 à 3 km à comparer aux 30 km d épaisseur sous-jacents. Les roches plutoniques (essentiellement le granite) dérivent de la solidification d un magma, matériau fluide à haute température (1200 C). L observation microscopique d une lame mince de granite permet d observer sa structure grenue : cette structure est acquise par un refroidissement lent du magma qui cristallise à quelques kilomètres de profondeur. Un granite est une roche riche en silice : les minéraux formant ce type de roche sont essentiellement des feldspaths et du quartz mais également des minéraux tels que les micas. En France, les roches plutoniques et les roches plutoniques affleurent essentiellement dans les Massifs armoricain et central ainsi que dans les Alpes et les Pyrénées. Les roches métamorphiques ont pour origine la transformation à l état solide d une roche préexistante du fait de l élévation de température et/ou de pression. Leur nature dépend donc de la roche d origine soit sédimentaire soit magmatique : ce sont des roches très déformées et présentant des minéraux orientés en feuillet qui traduisent les contraintes subies. Les études sismiques ont montré que la croûte était, au niveau des zones continentales stables, faite de deux ensembles superposés : une croûte supérieure rigide et une croûte inférieure ductile. La croûte continentale supérieure, épaisse d une quinzaine de kilomètres, est constituée de roches très diversifiées : il en résulte une densité moyenne relativement faible (2,7) et des vitesses sismiques qui varient entre 4 et 6 km.s -1. Celle-ci présente de nombreux accidents tectoniques : failles inverses, plis, nappes de charriage qui témoignent d une tectonique compressive. Ce raccourcissement et cet épaississement sont à l origine de changement de pression et de température expliquant le métamorphisme que l on observe plutôt dans la croûte inférieure. La croûte continentale inférieure, épaisse d une quinzaine de kilomètres, est d accès plus difficile. Elle est constituée en partie des mêmes roches que la croûte supérieure, mais qui ont connues un métamorphisme beaucoup plus intense en raison des fortes températures et pressions pouvant aller parfois jusqu à la fusion partielle (anatexie). De ces fusions partielles et de ce métamorphisme fort résultent une densité élevée (2,9) et une vitesse sismique relativement grande (entre 6,5 et 7,5 km.s -1 ). La croûte continentale (épaisseur moyenne 30 km) est donc principalement formée de roches uniquement proches du granite, d une épaisseur plus grande et d une densité plus faible que la croûte océanique (épaisseur moyenne 7 km). Elle joue le rôle d un «flotteur» pour la lithosphère, de sorte que son enfoncement dans l asthénosphère est très difficile, voire impossible. La lithosphère continentale s accumule en surface au fur et à mesure de sa formation. 2. Les mouvements verticaux de la lithosphère : l isostasie La gravité est quasiment la même quel que soit l endroit où on la mesure à la surface de la Terre malgré des reliefs variés. Pour rendre compte d une gravité constante à la surface du globe, on peut supposer l existence d une «surface de compensation» du relief en profondeur. Il faut donc que les différences dans la répartition superficielle des masses soient compensées d une manière ou d une autre : cela implique qu un excès en surface soit compensé en profondeur. Par rapport à un continent d altitude zéro, où la croûte est épaisse de 30 km, les régions montagneuses sont des lieux où la croûte est épaissie : on parle de racine crustale, celle-ci sert de «flotteur» à la montagne située au-dessus. L isostasie est un donc modèle qui propose qu un équilibre dit isostasique est réalisé entre la lithosphère continentale, rigide, et l asthénosphère, plus dense et plus déformable : la lithosphère «flotte» sur l asthénosphère mais des modifications de cet équilibre sont à l origine de mouvements verticaux de la lithosphère tels que ceux enregistrés en Scandinavie. En effet, l équilibre est rompu lorsqu une surcharge se met en place (une calotte glaciaire par exemple) ou disparaît (fonte de la calotte glaciaire). Tout se passe comme si l excès de masse représentée par une chaîne de montagne par exemple était compensé en profondeur par un déficit de masse. (En fait un déficit de densité)

2 3. La détermination de l âge de la croûte Le rubidium 87 se désintègre en strontium 87 (radioactivité bêta) avec une période de 4, ans, il est donc idéal pour dater les roches de la croûte continentale. La quantité d isotope initial 87 Rb (P0) dans un minéral est inconnue ainsi que la quantité de 87 (F0) piégée dans un minéral au moment de la formation de la roche. On ne peut donc utiliser aucune des équations précédentes. Mais. Les minéraux des roches magmatiques incorporent aussi au moment de leur formation du 86 qui reste stable au cours du temps. Or le rapport initial 87 / 86 est exactement le même dans tous les minéraux ayant incorporé du strontium quel que soit l âge de la roche ( 86 t = 86 t0), en revanche la quantité de 87 Rb incorporée est variable d un minéral à l autre. Ainsi on peut écrire: 87 (t) = (t ) + Rb 0 86 (t) (e lt 1) On remarque que la formule précédente est en fait l équation d une droite : Equation de la droite: 87 mesuré = initial + Rb 86 mesuré (e lt 1) Y = b + X a Ainsi en mesurant les rapports isotopiques 87 Rb/ 86 et 87 / 86 de plusieurs minéraux d une même roche, on peut déterminer graphiquement l âge de cristallisation de ces minéraux. La droite dite isochrone que l on peut tracer en joignant les points représentatifs de ces minéraux dans un diagramme 87 / 86 = f ( 87 Rb/ 86 ) a comme coefficient directeur : a que l on détermine graphiquement (calcul de la pente) il est = e lt -1 D où t (années) = ln(a+1) avec l = l A la fin de ce chapitre, vous devez : Connaître les différentes roches constituants la croûte continentale et expliquer leur origine Savoir définir ce qu est le métamorphisme et expliquer l origine de la schistosité/ foliation Savoir replacer les roches métamorphiques dans le diagramme Pression/Température (cf. TP 12) Savoir expliquer pourquoi on trouve du métamorphisme dans une chaîne de montagne Connaitre les indices tectoniques d une compression Expliquer ce qu est une nappe de charriage et savoir la schématiser Expliquer ce qu est l isostasie et pourquoi elle entraîne des mouvements verticaux (ex. Scandinavie ou Canada) Être capable de déterminer l âge d une roche en utilisant la méthode Rb/ Oui Non

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4 EXO1 : QUESTIONS A CHOIX MULTIPLE Q1 : La lithosphère océanique est en équilibre sur : a. le manteau lithosphérique ; b. le manteau asthénosphérique ; c. le noyau externe ; d. le noyau interne. Q2 : Les différences d altitude entre continents et océans s expliquent par : a. par des différences lithosphériques ; b. par des différences asthénosphériques ; c. par des différences crustales ; d. par des différences mantelliques. Q3 : La croûte continentale est : a. d une épaisseur plus petite et de densité plus élevée que la croûte b. d une épaisseur plus grande et de densité plus élevée que la croûte c. d une épaisseur plus petite et de densité moins élevée que la croûte d. d une épaisseur plus grande et de densité moins élevée que la croûte EXO2 : RESTITUTION DE CONNAISSANCES Il y a ans, la Scandinavie était recouverte d une calotte glaciaire qui a entièrement fondu entre et ans. Les géologues ont pu mettre en évidence des plages fossiles vieilles de ans à 400m audessus du niveau actuel de la mer. Q : A l aide d un texte court illustré de quelques schémas, expliquez le processus qui a entrainé la présence d une plage fossile 400m au-dessus du niveau de la mer en Scandinavie. EXO3 : L ÂGE DES GRANITES DE MEYMAC ET D USSEL Le granite de Meymac appartient à un ensemble de trois granites du plateau corrézien. Avec le granite d Ussel, il forme un ensemble coincé entre le sillon houiller à l Est, le massif de Millevaches au Nord et à l Ouest, les formations de la Dordogne au Sud. Q : Déterminez l âge approximatif de ces deux granites pour en déduire l ordre de leur mise en place. Q4 : La croûte continentale est formée : a. uniquement de roches granitiques ; b. majoritairement de roches sédimentaires ; c. majoritairement de roches granitiques ; d. uniquement de roches sédimentaires. Q5 : Selon le principe d isostasie, l érosion d un volume important de roches à la surface d un continent entraîne : a. une remontée de la croûte continentale ; b. une remontée de la lithosphère continentale ; c. une descente de la croûte continentale ; d. une descente de la lithosphère continentale.

5 EXO4 : LES GRANDES CARACTERISTIQUES DE LA CROÛTE CONTINENTALE Q : A partir de l étude des documents proposés complétée par les connaissances, identifiez les grandes caractéristiques qui distinguent la croûte continentale de la croûte océanique.