Chaîne andine et chaîne alpine

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1 Chaîne andine et chaîne alpine Emmanuelle BOUTONNET Bibliographie : Livres importants : Jolivet, La déformation des continents, Hermann Debelmas & Mascle, Les grandes structures géologiques, Masson LALLEMAND S. La subduction océanique, 195 p, Gordon & Breach Sc. Pub. Autres : BRAHIC A.& coll. Sciences de la Terre et de l'univers 634p, Vuibert CARON J.M. & coll. Comprendre et enseigner la planète Terre, 271 p, Ophrys Gap, Dercourt, Géologie et Géodynamique de la France, Dunod Dercourt J. & Paquet J. Géologie : Objets et méthodes. Jolivet & Nataf, Géodynamique, Dunod Kornprobst, Les roches métamorphiques et leur signification géodynamique, ed. Masson. Mercier & Vergely : Tectonique, Dunod Yardley B.W.D & coll. Atlas des roches métamorphiques.

2 CORRECTION PLAN DETAILLE. CHAINE ANDINE ET CHAINE ALPINE Introduction : - Accroche : Chaînes de montagne sont des zones à fort relief et géologiquement riches, qui ont conduit à des similitudes pour l homme : présence d espèce animales et végétales de haute altitude, présence de minerais, présence de populations humaines adaptées à l altitude, contraintes géographiques, etc. Les montagnes se trouvent dans différents contextes (ex : extension -rift est-africain), mais nous allons nous intéresser au contexte de convergence de plaques. Localisation : Chaîne andine en Amérique du Sud et Chaîne alpine = Alpes + Himalaya entre l Eurasie et l Afrique/Inde. Nous nous concentrerons sur la partie «alpes» de l orogène alpin. Tous deux sont des orogènes récents (Alpes = Cénozoïque, Andes = Mésozoïque) et toujours actifs. Andes = cordillère : chaîne de montagne à la limite entre une plaque océanique et une plaque continentale. Alpes : chaîne de montagne intra-continentale, à la limite entre deux plaques continentales. - Annonce du sujet et limitations : Chaîne andine/ alpine : au singulier. Ne traite pas le sujet comme «subduction vs collision», mais ces deux concept à travers de l exemple des Alpes et des Andes. Présenter les éléments sur les différents aspects de la vie d une chaîne de montagne : sismicité, magmatisme, métamorphisme, relief, structure profonde, tectonique Replacer les deux objets dans le cadre de la tectonique des plaques, et montrer ce qu apporte leur comparaison pour la compréhension des mécanismes de l orogenèse, par exemple sous forme de schémas final. NB : Veiller à maintenair l équilibre entre un objet qui est bien connu et bien documenté à la liste (Alpes) et un qui l est moins (Andes). - Annonce du plan :

3 I Une géométrie et une structure proches. A Des géométries horizontales très proches - Des reliefs importants : zones d altitude moyenne élevée (Plateau Tibet = 4 000m ; altiplano = 3 300m) et avec des hauts sommets (Everest : 8 848m, Aconcagua : 6 962m). - Des morphologies proches : Présence de plateaux d altitude (Altiplano entre cordillère orientale et occidentale), et de bassins d avant-pays liés à des chevauchements actifs : o Alpes occidentales : bassin molassique suisse & rhône. o Andes : côté est bassin flexural, côté ouest fosse des Andes et prisme d accrétion. - Une dynamique sédimentaire semblable : relation érosion/ sédimentation, effet sur le climat local (effet Foehn). Matériel : carte topographique du monde, carte géologique du monde, carte France au 10-6, Carte géologique de l'amérique du Sud au 1/ B Structure interne et déformation globalement compressive - Localisation/ importance des séismes : o Alpes : sismicité superficielle, associée au chevauchements frontaux o Andes : sismicité superficielle à l est (chevauchements), mais surtout à l ouest : importants et profonds. Plan de Bénioff = subduction. - Vitesse de raccourcissement : o Andes : 75mm/an au niveau de la subduction et 10mm/an à l est. Très actif o Alpes : <10mm/an. Orogène sur le déclin. - Déformation : Andes & Alpes : présence de chevauchements avec migration fronts et de plis => compression. o Alpes : chevauchement pennique, chevauchements frontaux. Même vergence. o Andes : encadrées par deux systemes chevauchants: la zone de subduction à l'ouest, et les retro-chevauchements du cote oriental de la chaine qui chevauche sur le craton brésilien. - Zones en extension : Dans les Alpes : chevauchement pennique repris en faille normale. Andes = altiplano bordé par des failles normales. Causes : o Effondrement gravitaire? Détachement de racine et rebond isostatique? Andes : partitionnement de la déformation? Matériel : Carte géologique de l'amérique du Sud au 1/ , carte France au 10-6, Jolivet «la déformation des continents», Lallemand «La subduction océanique»? NB : les chaînes de collision peuvent aussi avoir une double vergence. Ex : les Pyrénées. C Les marqueurs d un épaississement crustal important - Données gravimétriques : o Alpes Occidentales : présence d une anomalie négative = racine crustale.

4 o Andes : profil plus compliqué : anomalie négative au niveau de la fosse, positive au niveau de la côte, et négative sous la cordillère. - Explications : o Sous les reliefs = présence d une racine crustale. CC = environ 60km sous les Alpes et CC = environ 70km sous l Altiplano. o A l ouest des Andes : anomalie négative = déficit de masse lié à la plongée du slab, et anomalie positive = excès de masse lié au panneau plongeant sous CC. - Données sismique réflexion : o profil ECORS Alpes : au niveau du front pennique = superposition de deux CC. Explique épaississement. o A travers les Andes : chevauchements localisés à l est sont limités : pas de prolongation visible sous l altiplano. Autres causes? Matériel : carte gravimétrique au 10-6 France, carte gravimétrique Andes (où trouver ça?), FigVI-13 Jolivet. II- Des lithologies endogènes très différentes. A Répartition du magmatisme et du métamorphisme. - Andes internes : composées principalement de roches plutoniques (batholithe andin) et volcaniques associées à de nombreux volcans (Cotopaxi, Nevado Del Ruiz). Peu de métamorphisme : schiste vert seulement = pas d exhumation. - Alpes internes : composées surtout de roches métamorphiques avec un gradient W-E. Faciès Schiste Vert (briançonnais), Schiste Bleus (piémontais), Eclogites (zone de suture). Peu de magamtisme syn-déformation : granites associés à la ligne insubrienne. Matériel : carte géol de la France au 10-6, Jolivet B Le magmatisme dans les Andes internes. - Magmatisme surtout calco-alcalin : o Roches volcaniques différenciées : andésite surtout, rhyolite, ignimbrites. On trouve aussi des séries très riches en K = shoshonitique. o Roches plutoniques différénciées : batholithe = granodiorites et granites calcoalk. => Isotopes du Pb indique que tout le magmatisme CA est co-génétique o Rares occurrences de magmatisme alcalin éloigné de la fosse - Répartition des roches magmatiques : o On différencie des zones volcaniques et des zones non volcaniques où le batholithe andin affleure. => La configuration des zones de Fusion Patielle bouge dans le temps. o Série shoshonitique se situe au milieu de la cordillère, très volcanique. - Conditions de Fusion partielle : o Roches riches en eau (amphiboles, éléments incompatibles) : fusion partielle hydratée. o Série shoshonitique : très riche en K = contamination crustale importante => Zone de subduction : fusion partielle hydratée du coin de manteau.

5 - Questions : o Est-ce que le magmatisme important explique tout l épaississement crustal? o Pourquoi des zonations chimiques et volcaniques? Matériel : Jolivet, (ouvrage magmatisme avec analyses géochimiques?), échantillon roche & lame andésite Andes avec amphiboles. C Le métamorphisme et le magmatisme dans les Alpes internes. - Gradient de métamorphismes W E : o A partir d échantillons, reconstitution d un trajet P-T typique d une zone de subduction océanique o Métamorphisme de UHP = éclogites acides de Dora Maira. Ex : rétromorphose coésite- quartz. => La collision est précédée d une subduction océanique, et d une subduction continentale. - Gradient de MP-MT : o Echantillons à disthène/ staurotide (surtout en Himalaya). Reconstitution d un trajet P-T de faciès amphibolite. o Métamorphisme de collision sensu-stricto : empilement de nappes tectoniques, réchauffement, croûte épaissie. - Quid du magmatisme? o Chaîne alpine trop jeune pour montrer un métamorphisme de HT-BP tardiorogénique comme la chaîne Hercynienne. o Néamoins, présence de magmatisme syn-orogénique : localisé le long des failles majeures : ligne insubrienne, grands décrochements himalaya, détachement Sud-Tibétain. Peu abondant. o Caractéristiques : signature crustale importante = fusion/ anatexie de la croûte continentale. Parfois mélange avec une composante basique. remontée des isothermes dans les zones de collision provoque la fusion de la croûte contientale (voire un peu du manteau lithosphérique). détachement slab, détachement racine crustale, friction dans les zones de cisaillement? Matériel : analyses chimique granite collision (ouvrage magmatisme avec analyses géochimiques?), échantillon SB du Queyras, Eclogite Viso, Micashiste à Staurotide (attention : Alpes, pas trouvé, sauf dans les Maures, mais il est d âge hercynien), trajet P-T Alpes. III Des contextes géodynamiques différents mais intégrés dans un même cycle. A La chaîne andine : une chaîne de subduction en compression

6 - Une chaîne de subduction : Andes sont une chaîne subduction qui se forme principalement par cristallisation de roches magmatiques issu de la fusion hydratée du coin de manteau (slab 150km profondeur) - Dans un contexte compressif : Une composante compressive permet le développement de chevauchement de la chaîne sur le craton sud-américain à l est. o Cas particulier de zone de subduction o Permet d expliquer pourquoi la racine crustale est aussi importante (magmatisme ne suffit pas à épaissir autant) o Altiplano en extension : peu compris - Cause de la compression : pendage faible du slab o Les zones avec le + de compression sont sans magmatisme. o Lorsque le slab est plat (flotte beaucoup, par exemple proximité d une dorsale comme la ride du Chili), a du mal à s enfoncer = couplage important = compression o Magmatisme plus loin de la fosse, et moins de contamination crustale (K2O faible). o Configuration a beaucoup varié depuis le crétacé. Matériel : schémas synthèse subduction dans les Andes B La chaîne alpine : une chaîne de collision - Une chaîne de collision : Les Alpes sont une chaîne de montagnes qui résulte de la collision de deux croûte continentales, l Eurasie et l Afrique/ Inde. - Plusieurs étapes : o Une subduction océanique de l océan Alpin o Suivie d une subduction continentale lorsque la CC est entraînée dans suduction. Flottabilité : la subduction s arrête. Obduction de la CO parfois. o L érosion met à l affleurement des roches qui sont passées en suduction, puis exhumées = roches métamorphiques à l affleurement. o Empilement de nappes = métamorphisme de MP-MT, et exhumation de ces roches o Parfois magmatisme associé à des structures et à des contextes poncuels. Matériel : schémas synthèse collision dans les Alpes C Intégration dans le cycle de Wilson - Pas d incompatibilité Andes/ Alpes : La subduction océanique précède la collision. Preuve : le métamorphisme de HP-BT. Dans les Andes : pas de phénomène d exhumation = les roches métamorphiques restent en profondeur, mais elles sont là. - Cycle de Wilson : expliquer Cadomien / Calédonien / Hercynien / Alpin sont des cycles de rassemblement / dislocation des continents avec subd / collision. - Conséquences sur le climat (tiroir ou ouverture ccl) : corrélation Pangée et bas CO2 / dislocation Pangée et haut CO2. Matériel : carte de France au 10-6 & échelle des temps géologiques de la légende. Conclusion : Patagonie et subduction d une dorsale active? Chaîne des cascades qui diffère des Andes?