TD 8 – Chaînes de montagnes - Tectonique des plaques

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1 TD 8 – Chaînes de montagnes - Tectonique des plaques

2 Himalaya signifie "Demeure des neiges" en sanskrit
L’HIMALAYA Himalaya signifie "Demeure des neiges" en sanskrit La chaîne de montagnes s'étend sur plus de 2400 km de long et 250 à 400 km de large en traversant l'Inde, le Pakistan, le Népal et la Chine L'Himalaya abrite les plus hautes montagnes du monde, soit les 14 sommets qui culminent à plus de 8000 mètres d'altitude, dont le mont Everest, le plus haut de tous (8848 m)

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4 RELIEF ET TECTONIQUE ACTIVE

5 Question 1 Réaliser, à partir de la carte du Népal Central (Fig. 1), un profil topographique Sud-Nord, passant par la longitude 84°E. Echelle verticale : 1 cm pour 2000 mètres. Echelle horizontale: échelle de la carte Rappel chevauchement Les triangles sont du côté de la couche qui chevauche.

6 Question 1 Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m - 8000 - 6000 - 4000
- 2000 - 0

7 Question 1 Echelle verticale : 1 cm pour 2000 m 2000 4000 6000 8000 +

8 Question 1 2000 4000 6000 8000 +

9 Localiser sur cette coupe les deux chevauchements principaux:
Question 2 Localiser sur cette coupe les deux chevauchements principaux: MBT (Main Boundary Thrust) MCT (Main Central Thrust) Echelle horizontale = échelle de la carte Echelle verticale = 1/200000 Pendage des chevauchements: 20° 2000 4000 6000 8000 +

10 Localiser sur cette coupe les deux chevauchements principaux:
Question 2 Localiser sur cette coupe les deux chevauchements principaux: MBT (Main Boundary Thrust) MCT (Main Central Thrust) Echelle horizontale = échelle de la carte Echelle verticale = 1/20000 Pendage des chevauchements: 20° 2000 4000 6000 8000 + MBT MCT

11 QUESTION 3 Existe-t'-il un lien entre la topographie et la localisation des chevauchements ? MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

12 QUESTION 3 MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

13 QUESTION 3 MBT : Main Boundary Thrust (chevauchement bordier) MCT : Main Central Thrust (chevauchement central)

14 QUESTION 3 Le MBT est très actif et participe à la formation du relief actuel, encore faible. Le MCT n’est plus très actif mais a permis la mise en place d’un fort relief.

15 RELIEF ET épaississement

16 SISMIQUE RéFLEXION Sur mer Sur terre

17 Faire le lien avec la carte et le profil topographique.
PROFIL SISMIQUE Sur le profil sismique (Fig. 2), localiser les deux réflecteurs principaux, quelle est leur signification ? Faire le lien avec la carte et le profil topographique.

18 PROFIL SISMIQUE Réflecteurs principaux

19 PROFIL SISMIQUE MHT Moho

20 PROFIL SISMIQUE La MHT (Main Himalayan Thrust) est le chevauchement principal de l’Himalaya et représente le rassemblement de deux chevauchement que sont MBT et MCT. On note que ce chevauchement permet l’augmentation de l’épaisseur de la croute et double la profondeur du MOHO. MHT Moho MBT MCT SUTURE MHT CROUTE ASIATIQUE CROUTE INDIENNE MOHO MANTEAU

21 MOHO Gabbros de la croûte océanique Péridotites du manteau supérieur
Le Moho Gabbros de la croûte océanique Péridotites du manteau supérieur MOHO Le Moho ou discontinuité de Mohorovičić est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur de la Terre. Cette discontinuité a été détectée pour la première fois en Croatie en 1909 par Andrija Mohorovičić. Le Moho est la limite inférieure de la croûte continentale, ayant une épaisseur comprise entre 20 et 90 km (épaisseur plus grande sous les chaînes montagneuses) et de la croûte océanique ayant une épaisseur comprise entre 5 et 10 km. Le Moho est en moyenne situé à 35 km de profondeur.

22 Métamorphisme et raccourcissement

23 Métamorphisme et définitions
Métamorphisme : ensemble des transformations à l’état solide qui entraînent un réarrangement à l’échelle atomique des éléments d’une roche, sous l’effet de variations de température, de pression ou de composition. Métasomatose : processus métamorphique par lequel il y a, dans un élément au sein d'une roche, remplacement d'un minéral par un autre, atome par atome, molécule par molécule (ex: TP de la semaine dernière: remplacement du Ca par le Na dans les plagioclases au niveau des dorsales) Protolite : roche initiale ou roche mère qui, par une série de transformations géothermobarométriques, donne une roche métamorphique.

24 Métamorphisme et définitions
Paragenèse : association de minéraux présentant une communauté d’origine (syngénétiques) et jointifs. Le métamorphisme entraîne la transformation d’une paragenèse initiale en une nouvelle paragenèse. Une roche métamorphique = paragenèse du protolite + Paragenèse métamorphique Paragenèse d’altération

25 Métamorphisme et définitions
Paramétamorphisme : le métamorphisme affecte une roche sédimentaire. Orthométamorphisme : le métamorphisme affecte une roche magmatique. Paramétamorphisme Gneiss Paragneiss Orthométamorphisme Granite Orthogneiss

26 Métamorphisme et définitions
Métamorphisme prograde : transformations métamorphiques se produisant dans un contexte d’augmentation de la pression et de la température. Métamorphisme rétrograde : transformations métamorphiques se produisant dans un contexte de diminution de la pression et de la température. On parle aussi de rétromorphose. Prograde Rétrograde

27 Microscope polarisant

28 Localisation des roches
Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Puis rétromorphosée avec apparition de : Chlorite et Silimanite. MBT MCT SUTURE MHT CROUTE ASIATIQUE CROUTE INDIENNE MOHO MANTEAU

29 Grenat Pyrope : Mg3Al2 [SiO4]3 Almandin : Fe3Al2 [SiO4]3 Spessartine : Mn3Al2 [SiO4]3 Grossulaire : Ca3Al2 [SiO4]3 Minéral rouge/brun, nésosilicate présent dans les roches métamorphiques, système cubique, dureté de 6-7,5. LPNA LPA

30 Chlorite Clinochlore : (Mg5Al) (AlSi3) O10 (OH)8 Chamosite : (Fe5Al) (AlSi3) O10 (OH)8 Nimite : (Ni5Al) (AlSi3) O10 (OH)8 Pennantite : (Mn,Al)6 (Si,Al)4 O10 (OH)8 Minéral verdâtre, phylosilicate présent dans les roches à faible métamorphisme, système monoclinique, dureté de 2-2,5. LPNA LPA

31 Staurotide Formule générale : (Fe2+,Mg2+,Zn2+,Co2+)4Al18Si8O46(OH)2 Minéral brun, nésosilicate présent dans les roches métamorphiques, système monoclinique, dureté de 7-7,5. LPNA LPA

32 sillimanite Formule générale : Al2O(SiO4) Minéral blanc translucide, nésosilicate présent dans les roches à haut métamorphisme, système orthorhombique, dureté de 6,5-7,5. LPNA LPA

33 BIOTITE Formule générale : K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Si3AlO10) Minéral noir, brun-verdâtre, phylosilicate, système monoclinal, dureté de 2,5. LPNA LPA

34 Muscovite Formule générale : KAl2[(OH,F)2|AlSi3O10] Minéral blanc, jaunâtre, phylosilicate, système monoclinique, dureté de 2,5. LPNA LPA

35 Localisation des roches
Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Puis rétromorphosée avec apparition de : Chlorite et Silimanite. MBT MCT SUTURE MHT CROUTE ASIATIQUE CROUTE INDIENNE MOHO MANTEAU

36 Roche 1 Chlorite Grenat Argiles métamorphisées (ardoises) Staurotide Sillimanite

37 Roche 2 Muscovite Grenat Gneiss profond Biotite Sillimanite

38 Rétromorphose du GNEISS PROFOND
Muscovite Grenat Chlorite Staurotide Biotite Gneiss rétromorphosé Sillimanite

39 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat, Chlorite, Staurotide, Sillimanite
Question 1 Placez les deux roches sur le diagramme PT en fonction de leurs paragénèses initales et finales pour discuter de leur évolution. Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat, Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat, Biotite, Muscovite, Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition de Chlorite et Staurotide.

40 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite

41 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite

42 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite

43 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite

44 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

45 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

46 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

47 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

48 QUESTION 1 Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition : Chlorite et Staurotide.

49 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite

50 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite Avant 25 Ma

51 QUESTION 1 Roche 1 (20-25 Ma) : Grenat-Chlorite, Staurotide, Sillimanite Roche 2 (Avant 25 Ma) : Grenat-Biotite-Muscovite-Sillimanite 20 Ma : Rétromorphosée avec apparition de Chlorite et Staurotide. Avant 25 Ma 20-25 Ma

52 ? ? QUESTION 1 Avant 25 Ma Entre 25 et 20 Ma :
La roche 1 passe de la surface (0) à environ 4 kbar et 550°C La roche 2 passe de environ 8 kbar pour 725°C à environ 4 kbar et 550°C ? ? 20-25 Ma Aujourd’hui

53 ? QUESTION 1 Avant 25 Ma Entre 25 et 20 Ma :
La roche 1 passe de la surface (0) à environ 4 kbar et 550°C La roche 2 passe de environ 8 kbar pour 725°C à environ 4 kbar et 550°C ? 20-25 Ma Aujourd’hui

54 QUESTION 1 Avant 25 Ma Entre 25 et 20 Ma : La roche 1 passe de la surface (0) à environ 4 kbar et 550°C La roche 2 passe de environ 8 kbar pour 725°C à environ 4 kbar et 550°C 20-25 Ma Aujourd’hui

55 Question 2 Retrouvez les positions initiales et finales des roches. Pour cela, aidez-vous de la formule P=ρgZ

56 Question 2 Retrouvez les positions initiales et finales des roches. Pour cela, aidez-vous de la formule P=ρgZ P: pression (Pa) ρ: masse volumique (kg.m-3) g: accélération de la pesanteur (m.s-2) Z: profondeur (m)

57 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔
Question 2 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔

58 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔
Question 2 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔 Pour la roche 1, on obtient : 𝑍𝑖= ×10 =0 𝑘𝑚 𝑍𝑓= 4× ×10 =14,8 𝑘𝑚 La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma

59 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔
Question 2 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔 Pour la roche 1, on obtient : 𝑍𝑖= ×10 =0 𝑘𝑚 𝑍𝑓= 4× ×10 =14,8 𝑘𝑚 Pour la roche 2, on obtient : 𝑍𝑖= 8× ×10 =29,6 𝑘𝑚 𝑍𝑓= 4× ×10 =14,8 𝑘𝑚 La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma La roche 2 est remontée de 30 km à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma

60 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔
Question 2 D’après la formule 𝑃=𝜌𝑔𝑍, ainsi 𝑍= 𝑃 𝜌𝑔 Pour la roche 1, on obtient : 𝑍𝑖= ×10 =0 𝑘𝑚 𝑍𝑓= 4× ×10 =14,8 𝑘𝑚 Pour la roche 2, on obtient : 𝑍𝑖= 8× ×10 =29,6 𝑘𝑚 𝑍𝑓= 4× ×10 =14,8 𝑘𝑚 La roche 1 est descendue à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma La roche 2 est remontée de 30 km à 15 km de profondeur entre 25 et 20 Ma Après 20 Ma, l’érosion et l’activation du MBT font remonter passivement les roches vers la surface. 1 0 km h1 ? 15 km h2 ? 2 30 km

61 Question 2 1 0 km h1? 15 km h2 ? 2 30 km

62 sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃
Question 2 1 0 km h1? 15 km h2 ? 2 30 km sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃

63 sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃
Question 2 1 0 km h1? 15 km h2 ? 2 30 km sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃 Pour la roche 1, on obtient : h1= 15 sin 20 =44 𝑘𝑚 La roche 1 est descendue le long du plan de 44 km.

64 sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃
Question 2 1 0 km h1? 15 km h2 ? 2 30 km sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃 Pour la roche 1, on obtient : h1= 15 sin 20 =44 𝑘𝑚 Pour la roche 2, on obtient : h2= 15 sin 20 =44 𝑘𝑚 La roche 1 est descendue le long du plan de 44 km. La roche 2 est remontée le long du plan de 44 km.

65 sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃
Question 2 1 0 km h1? 15 km h2 ? 2 30 km sin 𝜃 = 𝑍 ℎ et donc ℎ= 𝑍 sin 𝜃 Pour la roche 1, on obtient : h1= 15 sin 20 =44 𝑘𝑚 Pour la roche 2, on obtient : h2= 15 sin 20 =44 𝑘𝑚 Le déplacement total H sur le MCT est de h1 + h2 = 88 km.

66 Vitesse de raccourcissement

67 Calcul de la vitesse de raccourcissement
1 D 0 km H 15 km 2 30 km Evaluer la vitesse de raccourcissement horizontal, en cm/an, entre 25 et 20 Ma.

68 Calcul de la vitesse de raccourcissement
1 D 0 km H 15 km 2 30 km On sait que 𝑉= 𝐷 𝑡 avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année

69 Calcul de la vitesse de raccourcissement
1 1 D D 0 km 0 km H H 15 km 15 km cos 20 ×44 2 2 30 km 30 km On sait que 𝑉= 𝐷 𝑡 avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année Or cos 𝜃= 𝐷 𝐻 , d’où 𝐷= cos 𝜃 ×𝐻

70 Calcul de la vitesse de raccourcissement
1 1 D D 0 km 0 km H H 15 km 15 km cos 20 ×44 2 2 30 km 30 km On sait que 𝑉= 𝐷 𝑡 avec : V, la vitesse en cm/an D, la distance de raccourcissement horizontale en cm t, le temps mis pour parcourir cette distance en année Or cos 𝜃= 𝐷 𝐻 , d’où 𝐷= cos 𝜃 ×𝐻 Ainsi 𝑉= cos 𝜃×𝐻 𝑡 = cos (20) ×88× × =𝟏,𝟔 𝒄 𝒎 𝒂 𝒏

71 FIN du TD – à la semaine prochaine
Rappel: Lundi 03/04 : TD 9 Dynamique des enveloppes externes et sédimentation Lundi 10/04 : TD 10 Risques naturels Lundi 24/04 : Contrôle Continu sur tout les TDs du semestre