Thème 1 : Le domaine continental et sa dynamique

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1 Thème 1 : Le domaine continental et sa dynamique Au début du XXe siècle, l explication dominante des mouvements verticaux de la croûte terrestre est la contraction thermique de la Terre, lors de son refroidissement, aboutissant à une surface ridée, comme une pomme desséchée avec des creux (océans) et des bosses (montagnes). Les travaux de Mohorovicic en 1909 ont mis en évidence une forte discontinuité de vitesse sismique, le Moho à la base de la croûte continentale. Ce qui a conforté les travaux de Pratt et Airy présentés 50 ans plus tôt : une croûte superficielle (sial) flotte sur un matériau plus dense (sima = manteau). Présentation des modèles de Pratt et Airy Cependant, la Terre présente une distribution bimodale des altitudes avec une altitude moyenne d environ +900 mètres pour le domaine continental et d environ mètres pour le domaine océanique.

2 Dans le cas d une contraction thermique engendrant des ondulations de surface, la distribution des altitudes devrait montrer une distribution unimodale centrée sur la valeur moyenne : les altitudes des bosses et des creux se répartissent de part et d autre de l altitude moyenne. Cette constatation, le tracé des côtes et la répartition géographique des paléoclimats et de certains fossiles conduisent Wegener (Dérive des continents ) à parler de mobilité horizontale. Les deux pics d altitude s expliquent par des natures et des densités différentes, ce que propose le modèle de Pratt. L image proposée par Wegener est celle d icebergs flottant sur l eau : «les continents et les sols sousocéaniques constituent deux couches distinctes de l écorce terrestre qui se comportent comme des icebergs tabulaires et l eau qui les baigne» (en fait pour Wegener, pas de croûte océanique au sens strict sous les sédiments mais sima = eau entre et sous les icebergs). Problème : Comment expliquer cette distribution bimodale des altitudes terrestres d après les connaissances scientifiques actuelles? 3 axes pour les hypothèses explicatives des différences d altitude liées : - à des différences de densité des matériaux des croûtes continentales (CC) et océaniques (CO), - en relation avec la tectonique des plaques (au niveau des limites de plaques cf. carte cidessous) = épaississement de la CC = empilements d anciens matériaux crustaux et/ou création de nouveaux matériaux s accumulant et épaississant la croûte Chaînes plissées récentes (moins de 140millions d années, soulèvement se poursuivant actuellement) Chaînes plissées anciennes - disparition à des vitesses différentes des matériaux crustaux (altération et érosion)

3 Leçon 1 : Reliefs en domaine continental : densités et roches associées AP1 : Présentation des modèles de Pratt et Airy (avec texte associé) = Document ressource Pratt suppose qu au-dessus d une surface de compensation d égale profondeur en tout point ( 100 km), la couche externe du globe solide est constituée de colonnes faites d un même matériau et qui ont toutes la même masse mais des densités différentes. Selon ce modèle, la compensation est réalisée par des montagnes constituées de matériaux de plus faible densité et par des compartiments océaniques faits de matériaux de plus forte densité. Airy suppose que les variations d altitudes sont compensées par des variations d enfoncement de la croûte au sein du manteau ou de la lithosphère dans l asthénosphère : la couche supérieure moins dense est soumise, tel un glaçon, à la poussée d Archimède exercée par l enveloppe inférieure plus dense. Les reliefs des chaînes de montagnes sont équilibrés en profondeur par l existence de racines crustales ; de la même façon, une dépression en surface (bassin, fossé d effondrement ) se verra attribuer une «anti-racine») Face aux données géologiques, le modèle de Pratt ne peut être pris en compte au niveau des continents ; les chaînes de montagnes ne présentent pas en leur sein la variation de densité nécessaire. Il est par contre utilisable au niveau des océans dont la lithosphère se refroidit et augmente de densité en s éloignant de la dorsale. AP1 : Eprouvez le modèle d Airy

4 I Caractéristiques rocheuses de la croûte continentale : océaniques). La croûte continentale constitue les continents émergés et les plateaux continentaux (rivages La croûte continentale est constituée - de roches sédimentaires (calcaires, sables, argiles ), - de roches magmatiques (issues du refroidissement d un magma) plutoniques (entièrement cristallisée refroidissement lent en profondeur texture grenue) et volcaniques (en partie cristallisées + verre refroidissement rapide texture microlitique), - de roches métamorphiques (transformées à l état solide sous l effet de la pression et/ou de la température avec formation de nouveaux minéraux à partir des minéraux préexistants avec ou non acquisition d un débit en feuillets = schistosité). Domaine continental Domaine océanique roches classification minéraux roches classification minéraux texture texture Granite Roche magmatique Texture grenue Quartz Basalte Texture microlitique Gneiss Feldspath Gabbro Roche magmatique Feldspath Pyroxene Roche métamorphique mica Texture grenue orientée Texture grenue MANTEAU SUPERIEUR LITHOSPHERIQUE Péridotite (et serpentinite) : roche magmatique, métamorphique!!! Texture grenue ; olivine et pyroxène

5 II- Densités comparées des croûtes et mobilité verticale : Densité d une roche = (Masse roche/volume roche) / (Masse eau/volume eau = 1) La croûte continentale a une densité plus faible (2,7) que la croûte océanique (2,9), densités inférieures à celle du manteau sous-jacent (3,3). Quelles sont les relations entre altitude h et racine de la CC r d après le modèle d Airy? Les données mathématiques du modèle d Airy : r = h x ρ cc / ρ m - ρ CC D où r 4 x h NB : la profondeur du Moho devient : h + ec + r = 5h + ec A confirmer par les données sismiques :

6 La croûte continentale a une épaisseur moyenne de 30 km mais son épaisseur peut atteindre jusqu à 80 km au niveau des chaînes de montagnes. Conséquences : - la CC présente des reliefs en surface avec des altitudes positives, - la CC présente en profondeur une racine crustale = enfoncement du Moho dans le manteau qui compense l excès de masse dû aux reliefs (la CC «flotte» sur le manteau à la manière d icebergs sur l eau).

7 La croûte océanique a une épaisseur constante d 10 km et de densité 2,9 s enfonce davantage dans le manteau (densité 3,3) d où son altitude moyenne négative.

8 La lithosphère constituée de la croûte et de la partie superficielle du manteau est en équilibre sur l asthénosphère (partie sous-jacente du manteau constituée de péridotites ductiles = moins rigides et déformables). Cet équilibre = ISOSTASIE. La limite lithosphère-asthénosphère correspond à l isotherme 1300 C à une profondeur d environ 100 km. r = 4h

9 L ISOSTASIE 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. Au relief positif qu est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale.