DEVOIR SURVEILLE. n 5 GEOLOGIE. durée 3 h

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1 lundi 17 mars 2014 DEVOIR SURVEILLE n 5 GEOLOGIE durée 3 h Le sujet comporte 9 pages, il vous est conseillé de prendre connaissance de la totalité du sujet avant de commencer. Les trois exercices proposés sont indépendants et à rédiger sur trois copies séparées. Il sera tenu compte de la qualité de la présentation et de la rédaction (orthographe, grammaire, précision de l expression). L usage de calculatrices électroniques de poche à alimentation autonome, non imprimantes et sans document d accompagnement, est autorisé. Cependant, une seule calculatrice à la fois est admise sur la table et aucun échange n est autorisé entre les candidats. 1

2 Exercice 1 (durée conseillée 30 min) Histoire géologique du bassin alsacien A partir de l ensemble des informations extraites de l exploitation des documents proposés, reconstituer l histoire géologique de la région. Pour cela : 1. Déterminer l âge du granite 7 (document 2). 2. La datation isotopique du socle ancien (gneiss) sur échantillons de roche totale donne un âge de 650 Ma. On détermine les rapports isotopiques dans des minéraux A, B, C et D de deux échantillons de cette roche (document 3). Tracer les isochrones pour les minéraux des deux échantillons et discuter les résultats obtenus : l âge est-il cohérent avec celui de la roche totale? 3. Reconstituer l histoire géologique de la région en complétant l échelle stratigraphique (dernière page du devoir, à rendre avec la copie) pour en faire une frise chronologique. Document 1. Coupe géologique simplifiée du bassin alsacien. F : failles normales. Orthose Plagioclase Biotite A Biotite B 87 Rb 7,0416 7, , , Sr 28, , , , Sr 39,12 55,81 3,11 4,87 La constante de désintégration du couple 87 Rb/ 87 Sr est égale à 1, an -1. Document 2. Concentrations isotopiques en 87 Rb, 87 Sr et 86 Sr dans les minéraux du granite 7 de la coupe (exprimés en 10-6 g/g d échantillon). Echantillon 1 Echantillon 2 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr minéral A 1,54 0,733 5,6 0,732 minéral B 5,7 0,752 12,2 0,763 minéral C 10 0,7721 3,38 0,722 minéral D 6,18 0,754 0,209 0,706 Document 3. Rapports isotopiques 87 Rb/ 86 Sr et 87 Sr/ 86 Sr dans les minéraux du gneiss(8) de la coupe (exprimés en 10-6 g/g d échantillon). 2

3 Partie 2 (durée conseillée 45 minutes) Dans cet exercice, on cherche à préciser la nature des mouvements affectant des plaques lithosphériques dans l océan indien (golfe d Aden, sud de la péninsule arabique) Plaque arabique Plaque indienne Plaque africaine Document 1. Carte topographique de la région étudiée. Golfe d Aden Document 2. Carte de la sismicité et des mécanismes au foyer dans le secteur étudié. 3

4 Péninsule arabique Continent africain Document 3. les âges magnétiques dans le golfe d Aden. Document 4. Répartition des séismes dans le secteur étudié. Questions : 1. Justifiez l existence au niveau du golfe d Aden d une dorsale séparant l Afrique de la péninsule arabique et estimez la vitesse d ouverture au niveau de cette dorsale. 2. Les géologues affirment que cette ouverture se propage vers l ouest, justifiez cette affirmation et estimez la vitesse de propagation vers l ouest. 3. A l aide des documents 1, 2 et 3, identifiez la nature probable du mouvement relatif des plaques indienne et arabique. 4. Décalquez le document 4 et récapitulez les mouvements relatifs entre les trois plaques concernées. (N.B. pour simplifier on prendra comme valeur : un degré latitude ou de longitude = 111 km) 4

5 Partie 3 (durée conseillée 1 h 30) Le lac Baïkal A partir de l exploitation des documents ci-dessous, proposer le contexte géodynamique le plus probable pour la région du lac Baïkal. Les documents proposés ont été produits, sauf indication contraire, par l UMR Géosciences Azur et sont disponibles sur le site : Document 1. Localisation de la région étudiée. (Ce document n est pas à étudier). Document 2. Carte topographique digitale de la région étudiée. Le lac fait 650 km de long et 30 à 70 km de large. Remarquer la présence de montagnes sur les pourtours du lac, en particulier au Nord et au Sud. (Ray Sterner, Laboratoire de Physique Appliquée, Université John Hopkins, Etats-Unis). 5

6 Document 3. Détail de la topographie au Nord du lac. On distingue les montagnes couvertes de neige (certaines atteignent 2900 m d altitude), et à leur pied des sédiments déposés récemment, dans lesquels creusent des rivières. (Ci-dessus, vue Google Earth en perspective de la rive du Lac). Document 4. Carte représentant les résultats des mesures GPS publiées les plus récentes dans la région du Lac Baïkal et de la Mongolie centrale et occidentale. Chaque site mesuré est désigné par un code de 4 lettres et un chiffre indiquant la vitesse calculée en mm/an. De chaque site part une flèche (le vecteur vitesse) montrant à sa pointe une ellipse d'erreur (zone dans laquelle la pointe de la flèche peut se trouver et qui résulte de l'estimation des erreurs par le calcul). Les vitesses sont représentées par rapport au site d'irkoutsk (IRKT) fixe. Les traits rouges marquent les principales grandes failles actives connues. 6

7 Document 5. Sismicité instrumentale dans la région du lac Baïkal depuis Les «ballons» représentent les mécanismes au foyer des principaux séismes et leur taille est proportionnelle à la magnitude. Les traits noirs sont les failles actives majeures. (Les triangles bleus sont les premiers sites GPS installés en 1994). Lac Baïkal Document 6. Carte des anomalies de Bouguer de la région du lac Baïkal. (Ne pas tenir compte des traits de coupe sur le document). 7

8 Lac Baïkal Document 7. Anomalies de vitesse des ondes sismiques sous le lac Baïkal et la Mongolie aux profondeurs 200 km et 600 km. 8

9 NOM : Prénom : A rendre avec la copie 9