TP 12 : La disparition des reliefsOn pourrait rester des années et des années devant une chaine de montagne sans voir aucun changement dans le paysage !Mais pourtant, à l’échelle des temps géologiques, une chaîne de montagne évolue : elle se forme, s’élève puis finit par disparaître. On s’intéresse dans ce TP à la disparition des chaînes de montagne.

Des vestiges d’anciennes chaînes de montagne datant de plusieurs centaines de millions d’année sont observables sur tous les continents. L’étude comparée des chaînes de montagnes actuelles et anciennes permet de mettre en lumière les processus responsables de la disparition des reliefs et de comprendre les modalités du recyclage de la lithosphère continentale.

Problème TP 12 : Quels processus entraînent la disparition des chaînes de montagnes et que deviennent les produits de leur démantèlement ?

POSTE 1   : Comparaison d’une chaine de montagne jeune et ancienne (saisir des données cartographiques)

Consignes Capacités et attitudes Critères et indicateurs de réussite1. Les caractéristiques des chaines de montagnes changent à l’échelle des temps géologiques. En effet, les massifs anciens présentent des caractéristiques différentes des massifs plus jeunes.On cherche à déterminer les différences entre massifs anciens et massifs récents.Mettre en œuvre le protocole de l’activité 1 puis résumer les différences mises en évidence entre massifs anciens et massifs récents dans un tableau.

2. A l’aide des informations récoltées précédemment, poser un problème et proposer une hypothèse.

Utiliser Google EarthExploiter des données cartographiques.

Communiquer (tableau)

Poser un problèmeEmettre une hypothèse

Un tableau comparatif des montagnes anciennes et jeunes est rempli (roches, altitude moyenne, épaisseur de la croûte continentale, âge)

POSTE 2   : Altération du granite (observer)

Consignes Matériel à disposition

Critères et indicateurs de réussite

1. A l’aide du matériel à votre disposition, expliquer la formation d’un paysage de chaos granitique.

2. Observer le grès, une roche sédimentaire détritique, et proposer une explication à sa formation.

échantillons de granite sain, de granite altéré et arène granitique, microscope polarisant.documents

- Le chaos granitique est expliqué dans un texte rédigé avec soin et avec l’aide de tous les documents.

- Des observations ont été réalisées à l’œil, à la loupe et au microscope polarisant

- Une hypothèse rigoureuse a été proposée pour le grès.

POSTE 3   : Altération du calcaire (manipuler)

Consignes Capacités et attitudes

Critères et indicateurs de réussite

o Fabriquer une suspension de calcaire. Réduire la craie naturelle (CaCO3) en très fine poudre dans un mortier. Verser la poudre obtenue dans un tube à essai. Ajouter environ 6 ml d’eau. Agiter et observer.o Filtrer la solution obtenue. Souffler à l’aide d’une pipette dans ce liquide. Que se passe-t-il ? Comment appelle- t-on cette transformation ? Ecrivez la réaction chimique qui se réalise. Indiquez sous quelles formes se trouvent le carbone et le calcium dans ces liquides.o Peser un morceau de craie. Versez dans un bêcher environ 50 ml d’acide chlorhydrique. Pesez le bêcher avec cet acide. Ajouter la craie doucement et par petites quantités. Observer, notez les transformations. Peser le bêcher à la fin de la réaction ? A quoi correspond la masse disparue ? Ecrire la réaction chimique de ces transformations.

Suivre un protocole

respecter des règles d’hygiène (une paille par élève) et de sécurité (gants, lunettes, blouse)

- Les étapes du protocole sont suivies rigoureusement, dans le respect des règles d’hygiène et de sécurité

- Les deux réactions chimiques sont correctes et équilibrées.

POSTE 4   : Estimation de la vitesse d’érosion d’une chaîne de montagne (calculer et modéliser   !)

Consignes Capacités et attitudes

Critères et indicateurs de réussite

1. Déterminer la vitesse d’érosion de l’Himalaya sur les 20 derniers millions d’années à l’aide des informations ci dessous :Considérons le taux moyen d’accumulation des sédiments dans les bassins associés à la chaîne Himalaya-Tibet à 1,2 km3.an-1. Calculez le volume de sédiments accumulés pendant les 20 derniers Ma.Sachant que la superficie de l’Himalaya est de 5.106km2, calculez l’épaisseur moyenne de croûte continentale érodée ayant permis le dépôt de ce volume de sédiments sur ces 20 Ma.Déduisez de ce dernier résultat la vitesse d’érosion moyenne en mm.an-1 sur les 20 derniers Ma. Des éclogites ont été retrouvées dans l’Himalaya. Elles datent d’environ 40 Ma. Les données de température et de pression ont permis de déterminer qu’elles se sont formées à 50 km de profondeur.

2. D’après la vitesse d’érosion (qu’on utilisera en première approximation, même si cette valeur est finalement plutôt sur estimée sur les 50 derniers Ma), déterminez combien d’années d’érosion il faut pour que cette roche se retrouve en surface. Comparez avec son âge et

Calculer- La vitesse d’érosion en mm/an est

calculée.- Un temps est proposé pour la

remontée en surface des roches formées à 50km de profondeur

- Un problème est pose

- Le rebond isostatique a été

concluez.

3. A l’aide du matériel, montrer que lorsque l’érosion enlève du matériel en surface, cela entraîne une remontée de matériaux profonds par réajustement isostatique.

Modéliser modélisé.

Carte géologique de la France:

antétriasique signifie antérieur à -245 Ma(Age des Alpes : -50 Ma ; Age du massif central : -400 à -250 Ma ; Age du massif armoricain : -660 à -540 Ma)

Protocole POSTE 1 Ouvrir le fichier « chaines de montagnes »

Afficher le profil topographique («le profil de dénivelé ») entre Brest et Turin.

Promener la souris sur le profil de Brest à Turin et repérer la profondeur du Moho.

Comparer l’épaisseur de la croute continentale dans les 3 massifs : armoricain, central, alpin.

Comparer le relief et l’âge de ces 3 massifs.

Rechercher sur la carte géologique de la France les roches majoritaires des massifs armoricain et central et les comparer aux roches majoritaires des Alpes.

Poste 2 : Altération du granite

Question : A l’aide du matériel à votre disposition, expliquer la formation d’un paysage de chaos granitique.

Document 1   : Paysage dans les Côtes d’Armor   : un «   chaos granitique   »

Document 2   : Action de l'eau sur les minéraux du granite

Les granites sont des roches magmatiques, d'origine profonde, dont les minéraux constitutifs sont peu hydratés.- Par hydratation, la biotite (mica) va se transformer en hydroxyde de fer (à cause de la présence de fer dans sa composition) et en minéraux argileux, comme la kaolinite.2 K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 + 17 H2O → Si2O5Al2(OH)4 + 6 FeO(OH) + 4 Si(OH)4 + 2 K+ + 2 OH-

Biotite Kaolinite- Les feldspaths (potassiques et éventuels plagioclases) se transforment par hydrolyse, peu à peu, en minéraux argileux (illite, smectites, kaolinite, etc).Exemple : CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2C02 → Ca2+ + kaolinite + 2HCO3

-

- Le quartz, lui, est inaltérable.

Document 3   : Lame mince de granite altéré observée au microscope polarisant

Document 4 : Lame mince d’un grès observé au microscope polarisant

Correction TP12 : La disparition des reliefs

Poste 1:Montagne jeune Montagne ancienne

Age Qq dizaines de Ma Quelques centaines de MaAltitude ElevéeProfondeur Moho Racine crustale élevée 25 à 30km, profondeur normale,

pas de racine crustaleRoches Sédimentaires déposées en milieu

marinSédimentaires récentes + roches plutoniques et métamorphiques

Poste 2- Présentation des observations des deux roches à l’œil nu : le granite est une roche magmatique grenue donc

entièrement cristallisée. Le grès est une roche constituée de grains de sables cimentés. - Les minéraux du granite sont : quartz, micas (muscovite et/ou biotite), feldspath (orthose, plagioclase). - Les minéraux du grès sont : le quartz, les argiles …

On retrouve dans le grès le quartz présent dans le granite, mais les feldspaths et mica ont disparu et le grès présente des argiles. En effet, les réactions d’altération chimique des minéraux montrent que les micas et feldspaths se transforment en minéraux argileux et que le quartz est inaltérable.

Poste 3Expérience de dissolution du calcaire dans l’eau : obtention d’une solution d’ions hydrogénocarbonates (HCO3-)

Expérience de l’effervescence à l’acide:Équation-bilan : CaCO3 + 2 HCl Ca2+ + 2Cl-; + H2O + CO2

Poste 4   : - Considérons le taux moyen d’accumulation des sédiments dans les bassins associés à la chaîne

Himalaya-Tibet à 1,2 km3.an-1. - Calculez le volume de sédiments accumulés pendant les 20 derniers Ma. Si 1,2 km3 s’accumulent en un an, alors en 20 Ma, la quantité de sédiments accumulés est : 1,2 x 20.106 = 2,4.107 km3

- Connaissant la superficie de l’Himalaya, calculez l’épaisseur moyenne de croûte continentale érodée ayant permis le dépôt de ce volume de sédiments sur ces 20 Ma.

Les sédiments accumulés dans les bassins proviennent de l’Himalaya dont la superficie est de 5.106 km2, sur une hauteur que l’on cherche à calculer.Le volume 5.106 x h = 2,4.107 km3

Donc h = 24.106/5.106 = 4,8 km. L’épaisseur de croûte érodée est de 4,8 km en 20 Ma. - Déduisez de ce dernier résultat la vitesse d’érosion moyenne en mm.an-1 sur les 20 derniers Ma.Si 4,8 km sont érodés en 20 Ma, alors en un an l’érosion est de : 4,8.106/20.106 = 0,24 mm.an-1

Les éclogites retrouvées aujourd’hui dans l’Himalaya ont été formées à 50 km de profondeur. On cherche à déterminer le temps nécessaire pour l’érosion de 50 km (=50.106 mm), si la vitesse d’érosion est de 0,24 mm.an-1. Si 0,24 mm sont érodés en un an, alors il faut 50.106/0,24 = 2,1.108 ans soit 210 Ma pour éroder les 50 km de roches. (Et même plus si la vitesse d’érosion est plus faible). Or l’éclogite n’a que 40 Ma et est déjà en surface. On en déduit que d’autres processus entrent en jeu pour expliquer la présence en surface de ces roches. La modélisation analogique montre qu’avec l’érosion qui fait disparaître la partie superficielle des reliefs, l’ensemble de la croute remonte par le jeu de l’isostasie. La racine crustale devient moins importante, car l’excès de masse due au relief est moins important. C’est un rebond isostatique. La remontée de la croûte continentale profonde permet donc aux roches de se trouver à des profondeurs plus faibles et à des roches formées en profondeur (comme le granite et les roches métamorphiques par exemple) de se retrouver en surface.