I. Dans les chaines de collision, présence d un ancien domaine océanique transformé : les indices d une subduction océanique et continentale : http://sylviejean.cazes.free.fr/sitebiolfh/ts/videocours/05_conv/collision/medias/histoiredesalpes.swf schéma interactif sur histoire des Alpes 1) Les indices d un ancien océan : TP15 TP Noté Bilan : Au cœur des Alpes se trouvent différentes structures et roches témoignant de l existence d un ancien océan aujourd hui disparu. On distingue : - des traces d une ancienne marge continentale passive : présence de blocs basculés séparés par des failles normales sur lesquels reposent des sédiments contenant des fossiles marins de plateau continental. Ces indices correspondent à la bordure d un ancien océan aujourd hui disparu. - des traces d une ancienne lithosphère océanique : des sédiments marins (radiolarites), des basaltes en coussins, des gabbros et des péridotites sont trouvés au cœur des Alpes. Tous ces indices trouvés confirment l existence d un ancien océan (l océan alpin) entre les 2 croûtes continentales aujourd hui en collision. Problème : Qu est devenue la lithosphère océanique initialement présente entre les plaques africaine et eurasienne? 2) Les indices d une ancienne subduction avant la collision : a) Les traces d une ancienne subduction océanique : Bilan : Dans les Alpes, on trouve des traces d une subduction de la lithosphère océanique : on trouve des roches d une ancienne lithosphère océanique métamorphisée (métabasalte, métagabbro et éclogite) qui contiennent des minéraux se formant uniquement dans des conditions de haute pression et basse température (HP.BT) typique d une zone de subduction. Cette série de roches est appelée ophiolites. On en a déduit que la lithosphère océanique de l océan alpin a donc été subduite lors de la convergence entre les 2 plaques (africaine et eurasienne). Ces roches métamorphiques se sont formées lors du plongement de la lithosphère océanique en profondeur lors de la subduction puis ont été ramenées à la surface lors de la collision par obduction. Ces roches sont datées par radiochronologie de -70 à -50Ma ce qui donne un repère chronologique sur l histoire des Alpes.
b) Les traces d une ancienne subduction continentale : Document 1 : La quartzite à coésite du massif de la Dora Maira (Alpes italiennes) : Lorsque toute la lithosphère océanique est entrée en subduction, les 2 lithosphères continentales se rencontrent et convergent : c est la collision continentale. Dans le massif de Dora Maira, on trouve des roches contenant des minéraux particulièrement rares. Plusieurs hypothèses ont été énoncées successivement sur la présence de ces minéraux : Hypothèse 1 : la subduction ne concerne que la lithosphère océanique et la lithosphère continentale n est impliquée que dans le processus de collision. Hypothèse 2 : la croûte continentale est, elle aussi, susceptible d être enfouie profondément dans le manteau par subduction puis d être amenée en surface par charriage. Document 1a : Dans les massifs cristallins italiens (Dora Maira), on peut observer des roches métamorphiques (quartzites) contenant de minéraux très rares : - de tous petits diamants - du quartz, sous une forme particulière nommée coésite observée habituellement dans les cratères d'impacts météoritiques. coésite grenat L analyse de ces roches montre qu elles dérivent de roches sédimentaires continentales. Lame mince de roche à coésite X 50 Le quartz est stable à la surface du globe jusqu à des pressions équivalent à 90-100km de profondeur. La coésite est stable à des pressions plus importantes. Document 1b : Diagramme pression (P) température (T) Consigne : A partir des documents et de leur mise en relation, validez ou réfutez les hypothèses proposées. Correction : Dans le disthène et le grenat se trouvent de petites inclusions de coésite qui ont commencé à se rétromorphoser en quartz (fine couche de quartz autour de la coésite). Comme le quartz a un volume plus important, il fracture le grenat d où les fissures radiales observées. C est l hypothèse 2 qui est validée car la présence dans cette roche de petits cristaux de coésite, forme de très hautes pressions de la silice, prouve que cette roche sédimentaire (donc formée en surface) a été enfouie jusqu'à 100km de profondeur avant d'être exhumée. La coésite est une forme du quartz qui se forme à ultra haute P. Les roches de la croûte continentale se sont retrouvées à des P supérieures à 3GPa soit à 90km de profondeur.
Suite de l histoire précoce des Alpes. Obduction d une partie de la LO dans une nappe de charriage. Des roches de la croûte continentale ont subi un enfoncement important. Lors de la subduction océanique, une partie de la croûte continentale est elle aussi entrée en subduction où elle a subi des transformations minéralogiques traduisant une forte augmentation de pression et une faible augmentation de température. Remontée des roches enfouies en subduction lors de l empilement des écailles tectoniques. Bilan : - des traces d une subduction de la lithosphère continentale : on trouve de la coésite. C est un minéral qui se forme uniquement dans des conditions de très hautes pressions. On en a déduit que des roches de la croûte continentale ont subi un enfoncement important. Lors de la subduction océanique, une partie de la croûte continentale est elle aussi entrée en subduction où elle a subi des transformations minéralogiques traduisant une forte augmentation de pression et une faible augmentation de température. Cette partie a ensuite été amenée à la surface lors de la collision. Tant que le mouvement convergent des 2 plaques continue, la croûte continentale inférieure continue de subduire et la partie supérieure de la croûte s'épaissit progressivement par empilement de nappes de charriage dans la zone de contact entre les deux plaques.
Conclusion du chapitre 3 Dans une chaine de montagnes, on trouve : - des marqueurs d un ancien océan (marges passives et roches typiques de la lithosphère océanique : basalte gabbro et péridotite) et d une ancienne subduction océanique (métagabbro et métabasalte transformés dans des conditions de HP/BT= ophiolites) et d une subduction continentale (présence de coésite). - des marqueurs de la collision continentale : tectoniques (plis, failles inverses, chevauchement, nappe de charriage) et pétrographiques (présence de roches avec des minéraux typiques de l enfouissement et de l augmentation de pression : disthène, grenat, présence de roches foliées (gneiss) sous l effet de P et T croissantes et présence de roches présentant des traces de fusion partielle : les migmatites). Les observations de terrain, des roches et surtout les expérimentations en laboratoire sur les conditions de formation des minéraux permettent de reconstituer l histoire d un relief. Les Alpes actuelles n existaient pas il y a 200Ma. A la place, les 2 plaques africaine et eurasienne s éloignaient progressivement (contexte divergent) entrainant la mise en place des marges passives avec les blocs basculés puis d une lithosphère océanique (océan alpin). Lorsque le mouvement des plaques s est inversé (à cause de l ouverture de l Atlantique sud), les 2 plaques se sont rapprochées (contexte convergent), la lithosphère océanique a disparu en subduction entrainant le métamorphisme de ses roches dans des conditions de haute pression et basse température (métabasalte et métagabbro à glaucophane et éclogite= (ophiolites du Chenaillet). Une partie de croûte continentale est aussi entrée en subduction (présence de coésite). Ainsi, les Alpes résultent de l ouverture puis de la fermeture par subduction de l ancien océan alpin. La collision a débuté il y a 50Ma (paléocène) environ et se poursuit actuellement à une vitesse de quelques mm par an. Il y a donc raccourcissement des marges continentales compensé par l épaississement de la croûte continentale en surface et en profondeur.