TD CHAÎNES DE MONTAGNES. Tectonique des plaques

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1 TD CHAÎNES DE MONTAGNES Tectonique des plaques

2 L HIMALAYA Himalaya signifie "Demeure des neiges" en sanskrit La chaîne de montagnes s'étend sur plus de 2400 km de long et 250 à 400 km de large en traversant l'inde, le Pakistan, le Népal et la Chine L'Himalaya abrite les plus hautes montagnes du monde, soit les 14 sommets qui culminent à plus de 8000 mètres d'altitude, dont le mont Everest, le plus haut de tous (8848 m)

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4 RELIEF ET TECTONIQUE ACTIVE

5 QUESTION 1 Réaliser, à partir de la carte du Népal Central (Fig. 1), un profil topographique Nord-Sud, passant par la longitude 84 E. Echelle verticale : 1 cm pour 2000 mètres. Rappel chevauchement : Les triangles sont du côté de la couche qui chevauche.

6 QUESTION 1 Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m On prendra un pendage de 20 pour le MCT et le MBT

8 QUESTION

9 QUESTION 2 Localiser sur cette coupe, les deux chevauchements principaux MBT (Main Boundary Thrust) et MCT (Main Central Thrust). Echelle horizontale = échelle de la carte

11 QUESTION 2 Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m On prendra un pendage de 20 pour le MCT et le MBT MBT MCT

12 QUESTION 3 Existe-t'-il un lien entre la topographie et la localisation des chevauchements? MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

13 QUESTION 3 MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

14 QUESTION 3 MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

15 QUESTION 3 Le MBT est très actif et participe à la formation du relief actuel, encore faible. Le MCT n est plus très actif mais à permis la mise en place d un fort relief.

16 RELIEF ET ÉPAISSISSEMENT

17 SISMIQUE RÉFLEXION Sur mer Sur terre

18 PROFIL SISMIQUE Sur le profil sismique (Fig. 2), localiser les deux réflecteurs principaux, quelle est leur signification? Faire le lien avec la carte et le profil topographique.

19 PROFIL SISMIQUE Réflecteurs principaux

20 PROFIL SISMIQUE MHT Moho

21 PROFIL SISMIQUE MBT MCT Moho MHT La MHT (Main Himalayan Thrust) est le chevauchement principal de l Himalaya et représente le rassemblement de deux chevauchement que sont MBT et MCT. On note que ce chevauchement permet l augmentation de l épaisseur de la croute et double la profondeur du MOHO. SUTURE CROUTE INDIENNE MHT CROUTE ASIATIQUE MANTEAU MOHO

22 LE MOHO Gabbros de la croûte océanique Péridotites du manteau supérieur MOHO 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 montagneuses) 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.

23 MÉTAMORPHISME ET RACCOURCISSEMENT

24 MÉTAMORPHISME ET DÉFINITIONS 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 Protolite : roche initiale ou roche mère qui, par une série de transformations géothermobarométriques, donne une roche métamorphique..

25 MÉTAMORPHISME ET DÉFINITIONS Paragenèse : association de minéraux présentant une communauté d origine (syngénétiques) et jointifs. Le métamorphisme entraîne la transformation d une paragenèse initiale en une nouvelle paragenèse. Une roche métamorphique = paragenèse du protolite + Paragenèse métamorphique + Paragenèse d altération

26 MÉTAMORPHISME ET DÉFINITIONS Paramétamorphisme : le métamorphisme affecte une roche sédimentaire. Paramétamorphisme Gneiss Paragneiss Orthométamorphisme : le métamorphisme affecte une roche magmatique. Orthométamorphisme Granite Orthogneiss

27 MÉTAMORPHISME ET DÉFINITIONS Métamorphisme prograde : transformations métamorphiques se produisant dans un contexte d augmentation de la pression et de la température. Métamorphisme rétrograde : transformations métamorphiques se produisant dans un contexte de diminution de la pression et de la température. On parle aussi de rétromorphose.

28 MICROSCOPE POLARISANT

29 LOCALISATION DES ROCHES Roche 1 : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Puis rétromorphosée avec apparition de : Chlorite et Silimanite. MBT MCT SUTURE CROUTE INDIENNE MHT CROUTE ASIATIQUE MANTEAU MOHO

30 LPNA LPA GRENAT Pyrope : Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Almandin : Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Spessartine : Mn 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Grossulaire : Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Minéral rouge/brun, nésosilicates présent dans les roches métamorphiques, système cubique, dureté de 6-7,5.

31 LPNA LPA CHLORITE Clinochlore : (Mg 5 Al)(AlSi 3 )O 10 (OH) 8 Chamosite : (Fe 5 Al)(AlSi 3 )O 10 (OH) 8 Nimite : (Ni 5 Al)(AlSi 3 )O 10 (OH) 8 Pennantite : (Mn,Al) 6 (Si,Al) 4 O 10 (OH) 8 Minéral verdâtre, phylosilicates présent dans les roches à faible métamorphisme, système monoclinique, dureté de 2-2,5.

32 LPNA LPA STAUROTIDE Formule générale : (Fe 2+,Mg 2+,Zn 2+,Co 2+ ) 4 Al 18 Si 8 O 46 (OH) 2 Minéral brun, nésosilicates présent dans les roches métamorphisme, système monoclinique, dureté de 7-7,5.

33 LPNA LPA SILLIMANITE Formule générale : Al 2 O(SiO 4 ) Minéral blanc translucide, nésosilicate présent dans les roches à haut métamorphisme, système orthorhombique, dureté de 6,5-7,5.

34 LPNA LPA BIOTITE Formule générale : K(Mg,Fe) 3 (OH,F) 2 (Si 3 AlO 10 ) Minéral noir, brun-verdâtre, phylosilicate, système monoclinal, dureté de 2,5.

35 LPNA LPA MUSCOVITE Formule générale : KAl 2 [(OH,F) 2 AlSi 3 O 10 ] Minéral blanc, jaunâtre, phylosilicate, système monoclinique, dureté de 2,5.

36 LOCALISATION DES ROCHES Roche 1 : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Puis rétromorphosée avec apparition de : Chlorite et Silimanite. MBT MCT SUTURE CROUTE INDIENNE MHT CROUTE ASIATIQUE MANTEAU MOHO

37 ROCHE 1 Chlorite Grenat Argiles métamorphisées (ardoises) Staurotide Sillimanite

38 ROCHE 2 Muscovite Grenat Biotite Gneiss profond Sillimanite

39 RÉTROMORPHOSE DU GNEISS PROFOND Muscovite Grenat Biotite Gneiss rétromorphosé Sillimanite

40 Placez les deux roches sur le diagramme PT en fonction de leurs paragénèses initales et finales pour discuter de leur évolution. QUESTION 1

41 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite QUESTION 1

45 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

51 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Avant 25 Ma

52 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition de Chlorite et Staurotide. Avant 25 Ma

53 QUESTION 1 Entre 25 et 20 Ma : Avant 25 Ma La roche 1 passe de la surface (0) à environ 4 kbar et 550 C La roche 2 passe de environ 8 kbar pour 725 C à environ 4 kbar et 550 C Ma Aujourd hui

54 Retrouvez les positions initiales et finales des roches. Pour cela, aidez-vous de la formule P = ρgz où Z est la profondeur en m. QUESTION 2

55 QUESTION 2 D après la formule P = ρgz, ainsi Z = P ρg

56 Pour la roche 1, on obtient : Zi = QUESTION 2 D après la formule P = ρgz, ainsi Z = P = 0 km Zf = = 14,8 km La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma ρg

57 QUESTION 2 D après la formule P = ρgz, ainsi Z = P ρg Pour la roche 1, on obtient : Zi = = 0 km Zf = = 14,8 km La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma Pour la roche 2, on obtient : Zi = = 29,6 km Zf = = 14,8 km La roche 2 est remontée de 30 km à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma

58 QUESTION 2 D après la formule P = ρgz, ainsi Z = P ρg Pour la roche 1, on obtient : Zi = Après 20 Ma, l érosion et l activation du MBT font remonter passivement les roches vers la surface = 0 km Zf = = 14,8 km La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma 1 h1? Pour la roche 2, on obtient : Zi = = 29,6 km Zf = = 14,8 km La roche 2 est remontée de 30 km à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma h2? 2 0 km 15 km 30 km

59 QUESTION km h1? h2? 2 15 km 30 km

60 QUESTION km h1? 15 km h2? 2 30 km sin θ = Z h et donc h = Z sin θ

61 QUESTION km h1? 15 km h2? 2 30 km sin θ = Z h et donc h = Z sin θ Pour la roche 1, on obtient : h1 = 15 sin 20 = 44 km La roche 1 est descendue le long du plan de 44 km.

62 QUESTION km h1? 15 km h2? 2 30 km sin θ = Z h et donc h = Z sin θ Pour la roche 1, on obtient : h1 = 15 sin 20 = 44 km Pour la roche 2, on obtient : h2 = 15 sin 20 = 44 km La roche 1 est descendue le long du plan de 44 km. La roche 2 est remontée le long du plan de 44 km.

63 QUESTION km h1? 15 km h2? 2 30 km sin θ = Z h et donc h = Z sin θ Pour la roche 1, on obtient : h1 = 15 sin 20 = 44 km Pour la roche 2, on obtient : h2 = 15 sin 20 = 44 km Le déplacement total H sur le MCT est de h1 + h2 = 88 km.

64 VITESSE DE RACCOURCISSEMENT

65 1 CALCUL DE LA VITESSE DE RACCOURCISSEMENT D 0 km H 15 km 2 30 km Evaluer la vitesse de raccourcissement horizontal, en cm/an, entre 25 et 20 Ma.

66 CALCUL DE LA VITESSE DE RACCOURCISSEMENT 1 D 0 km H 15 km 2 30 km On sait que V = D t avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année

67 CALCUL DE LA VITESSE DE RACCOURCISSEMENT 1 D 0 km H 15 km cos km On sait que V = D t avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année Or cos θ = D H, d où D = cos θ H

68 CALCUL DE LA VITESSE DE RACCOURCISSEMENT 1 D 0 km H 15 km cos km On sait que V = D t avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année Or cos θ = D H, d où D = cos θ H Ainsi V = cos θ H t = cos(20) = 1, 6 c m a n