Les chaînes de montagnes récentes et leur relation avec la tectoniques des plaques
Document 1: Une carte montrant la répartition des chaînes de montagnes récentes
Document 2: Une carte montrant les plus grandes plaques terrestre
1 –A partir des documents 1 et 2, déduisez la relation qui relie les chaînes de montagnes récentes et la tectonique des plaques.
1 – On observe que les chaînes de montagnes récentes sont localisées au niveau des frontières de plaques en convergence, elles se forment donc suite à la convergence des plaques lithosphériques.
– Quelles sont les caractéristiques de ces chaînes de montagnes ?
– Quelles sont les conditions de formation de ces chaînes de montagne ?
1 / Les chaînes de subduction: Exemple la cordillère des Andes
1- 1 – Les caractéristiques structurales et géophysiques des zones de subduction:
Pour la mise en évidence des caractéristiques structurales et géophysiques des zones de subduction, on propose les documents suivants :
Document 3: Répartition des foyers des séismes au niveau de la zone de subduction
Document 4: Répartition des isothermes (lignes d'égales températures) dans une zone de subduction
Document 5: Animation d'une zone de subduction
Document 6: Résumé des caractéristiques d'une zone de subduction
Document 7: Détail du prisme d'accrétion
1 – En exploitant les documents 3,4,5,6 et 7, dégagez les caractéristiques structurales et géophysiques des zones de subduction.
1 – Document 3: On constate que, plus on se déplace vers l’intérieur de la plaque chevauchante, plus les foyers sismiques sont profonds. Ces foyers sismiques se repartissent selon un plan précis nommé plan de Bénioff-Wadati. Ce plan matérialise exactement la plongée de la plaque subduite: la lithosphère océanique.
Document 4: Au niveau des zones de subduction, on assiste à une répartition très particulière des flux de chaleur. Au niveau de la fosse océanique, les isothermes s’effondrent, on parle alors d’anomalie thermique négative. Cette chute est due à l’enfoncement de la plaque lithosphérique froide. On constate une deuxième anomalie: les isothermes remontent, il s’agit d’une anomalie thermique positive due à la remontée d’un magma très chaud.
Document 5, 6 et 7: Une zone de subduction se caractérise par:
- Une intense activité magmatique, entraînant la mise en place de roches volcaniques (andésites, rhyolites) et plutoniques en profondeur (granitoïdes comme la diorite). (Le volcanisme de subduction est de type explosif avec une teneur élevée en gaz dissous dans le magma visqueux).
- Un relief négatif (fosse océanique) fond océanique qui s’enfonce pour atteindre des grandes profondeurs. Il existe aussi des reliefs positifs: arcs magmatiques et chaînes de subduction.
- Un prisme d’accrétion qui provient de l’accumulation des sédiments présents sur la croûte océanique plongeante.
- Le plan de Bénioff dessine un certain angle avec la surface qui peut varier entre 15° et 90° . Ceci dépend en fait de la densité de la plaque plongeante ; plus elle est dense plus l’angle sera important.
- En s’éloignant de l’axe de la dorsale océanique, la lithosphère se refroidit, s’épaissit et sa densité augmente. Lorsque la densité de cette lithosphère dépasse celle de l’asthénosphère, celle ci peut entrer en subduction. Cette différence de densité est l’un des principaux moteurs de la subduction.
Le lien suivant représente une étude comparative des différentes zones de subduction: le lien
1- 2 – La genèse du magma
Pour connaître les conditions de fusion de péridotites, des expériences sont réalisées en laboratoire. On fait subir à un échantillon de composition connue des variations de pression et de température, on note dans un graphique pression-température, les points auxquels débute la fusion des péridotites: on obtient une courbe appelée solidus ( sur les graphiques ci-dessous) . On note aussi les points à partir desquels la fusion est totale : on obtient une courbe appelée liquidus ( sur les graphiques ci-dessous).
Avec des échantillons de compositions différentes on obtient des courbes solidus et liquidus différentes.
On peut également estimer les conditions de pression et température qui règnent à différentes profondeur au niveau des zones de subduction : le gradient géothermique est une courbe qui indique les températures estimées à différentes profondeurs.
Document 7: Les conditions de fusion des péridotites.
Géotherme = évolution réelle de la température en fonction du profondeur
A partir du document 7,
2 – Comparez les résultats expérimentaux.
3 – Précisez la conséquence de l’hydratation de la péridotite.
2 -Dans la zone de subduction, le géotherme recoupe le solidus des péridotites hydratées, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites. Alors qu’il ne recoupe pas le solidus des péridotites non hydratées, ce qui ne provoque pas la fusion partielle de ces péridotites.
3 – L’hydratation des péridotites fait baisser leur température de fusion d’où l’entrée en fusion partielle ce qui génère un magma à l’origine du volcanisme constaté dans les zones de subduction.
Problème : les péridotites du manteau ne contiennent habituellement pas d’eau → d’où vient l’eau qui hydrate les péridotites?
Pour résoudre ce problème, on propose les documents suivants :
Document 8: Les caractéristiques des zones de subduction: localisation des magmas, isothermes (500°C, 750°C, 1000°C), et emplacement des deux roches, A et B de la croûte océanique.
Document 9: La composition minéralogique et les formules chimiques des minéraux des roches A et B indiquées sur le document 8
La présence d’un radical OH dans la composition d’un minéral signifie que le minéral est hydraté
4 – En exploitant le document 8, montrez que la zone de la fusion partielle des péridotites correspond aux conditions nécessaires à cette fusion au niveau des zones de subduction.
5 – A partir du document 9, déduisez l’origine de l’eau qui hydrate les péridotites.
4 –Sur le document 8 on voit que la zone de fusion partielle est localisée au niveau de la lithosphère continentale à l’aplomb de l’arc volcanique, entre 80 et 150 km de profondeur et des température comprises entre 700 et 1100°C environ, et cela correspond aux conditions nécessaire a cette fusion au niveau des zone de subduction.
5 – Le document 9 donne la composition minéralogique de deux roches de la plaque subduite.
La roche A est composée de plagioclase, de pyroxène et de glaucophane.
La roche B est composée de grenat et de jadéite.
L’analyse de la composition chimique de chacun des minéraux de la roche A montre que seul le glaucophane possède des radicaux OH. Il est rappelé que la présence de ce radical est le signe d’une hydratation d’un minéral. Alors que dans la roche B, il n’y a par contre aucun minéral hydraté. Donc lors du passage de A a B, les roches subissent une déshydratation. Cette libération d’eau va permettre la fusion partielle de la péridotite hydratée.
1- 3 – Les caractéristiques des chaînes de subduction et les conditions de leur formation:
Pour la mise en évidence des caractéristiques des chaînes de subduction, on propose les documents suivants :
Document 10: Carte de l'Amérique du Sud avec la cordillère des Andes (en brun)
Document 11: Carte géologique simplifiée d'une partie des Andes
Volcanisme (Andésite …) – Plutons (granitoïdes)
1 – En exploitant le document 10, Décrivez la localisation de la chaîne des Andes.
2 – Dégagez des documents 11 et 12, les caractéristiques de la chaîne de subduction.
1 – La cordillère des Andes s’étend parallèlement aux côtes occidentales et septentrionales de l’Amérique du Sud.
2 – La chaîne de subduction est caractérisée par :
Des caractéristiques tectoniques: des plis, des failles inverses et des chevauchements, qui sont les témoins de l’existence d’un régime compressif.
Des caractéristiques pétrographiques: plusieurs types de roches magmatiques; des roches volcaniques (andésite) à structure microlithique (cristallisation rapide en surface) et des roches plutoniques (granitoïdes) à structure grenue (cristallisation lente en profondeur).
2 / Les chaînes d’obduction: Exemple la chaîne d’Oman
Pour la mise en évidence des caractéristiques et les étapes de la formation des chaînes d’obduction, on propose les documents suivants
Document 13: Schéma structural des montagnes du Nord-Oman.
Document 14: Le complexe ophiolitique
1 – En exploitant les documents 13 et 14, Dégagez les caractéristiques de la chaîne d’Oman .
1 – Sur le document 13 on voit que la chaîne d’Oman est caractérisée par la présence de vastes terrains d’Ophiolites, et le document 14, montre qu’il s’agit d’une portion de lithosphère océanique charriée sur la croûte continentale.
Des unités allochtones qui viennent recouvrir des terrains autochtones, il s’agit des nappes de charriages témoins d’un régime compressif.
Document 15: Schémas montrant la succession des événements aboutissant a la formation de la chaîne d’obduction.
Cr.oc. Croûte océanique , ΔΔΔ subduction
Document 16: Schémas montrant la succession des événements aboutissant a la formation de la chaîne d’obduction
2 – A partir des documents 15 et 16, Décrivez les événements aboutissant à la formation de la chaîne d’obduction.
2 – Les événements aboutissant à la formation de la chaîne d’obduction:
– Phase d’extension océanique marquée par l’activité d’une dorsale océanique.
– Mise en place d’une phase de compression avec subduction intra-océanique et formation d’un arc volcanique.
– Lorsque la croûte continentale vient au contact de la plaque chevauchante, la subduction se bloque du fait de la légèreté de la croûte continentale qui ne peut être subductée. Les forces compressives se poursuivent et la croûte océanique qui chevauchait est poussée au dessus du continent: on parle d’obduction de la plaque océanique. Ces morceaux de plancher océanique qui ont échappé à la subduction et qui ont échoué sur le continent sont appelés ophiolites.
3/ Les chaînes de collision: Exemple la chaîne d’Himalaya
Pour la mise en évidence des caractéristiques et les étapes de la formation des chaînes de collision, on propose les documents suivants
Document 17: Localisation de l’Himalaya et certaines plaques tectoniques
Document 18: Carte géologique simplifiée de la région himalayenne.
Document 19 : Coupe synthétique simplifiée de l’Himalaya sur la transversale AA’.
1 – En exploitant le document 17, Décrivez la localisation de la chaîne d’Himalaya.
2 – Dégagez des documents 18 et 19, les caractéristiques de la chaîne d’Himalaya et leurs significations.
1 – La chaîne d’Himalaya est située dans la zone d’affrontement des deux plaques qui sont la plaque indienne et la plaque eurasiatique. Elle est formée à la suite de l’affrontement de deux masses continentales.
2 -Sur la carte et la coupe géologique de l’Himalaya on observe la présence d’ophiolites et des sédiments marins entre les plaques Indienne et Eurasiatique: cela montre qu’il existait un océan qui a maintenant disparu;
Le granite situé sur la plaque eurasienne chevauchante, est le témoin d’un magmatisme de subduction. C’est un argument en faveur d’une subduction océanique passée responsable de la disparition de l’océan.
On observe également la présence de plusieurs chevauchements qui montrent que la plaque chevauchante est la plaque Eurasie. Ces chevauchements se sont formés lors de la collision des plaques.
La profondeur du MOHO atteint environ 90Km cela montre un épaississement de la croûte qui forme en surface le relief de la chaîne et en profondeur la racine de la montagne.
Document 20: Position de l'inde durant les derniers 71 MA
Document 21: Schémas représentant un modèle explicatif de la formation de l'Himalaya
Document 22: Animation explicative de la formation de l’Himalaya
3 – A partir des documents 20, 21 et 22, Décrivez les étapes de la formation de la chaîne de collision.
3 – Il y a 100 millions d’années (Ma), l’Inde et l’Asie étaient séparées par l’océan Téthys. et au cours du temps la plaque indienne s’est rapprochée de la plaque eurasiatique, jusqu’à l’affrontement des deux masses continentales et la formation de la chaîne de collision.
La formation de cette chaîne passe par les étapes suivantes :
– fermeture progressive d’un océan par subduction;
– blocage de la subduction suivie de l’obduction;
– collision continentale: les masses continentales entrent finalement en contact, la croûte s’épaissit progressivement pour former en surface le relief de la chaîne et en profondeur la racine de la montagne. C’est cette compression progressive qui occasionne les plis, les failles inverses et les nappes de charriage.
