Géodynamique interne et externe

1. L’étude des « forces » qui façonnent la croûte terrestre. Géodynamique interne et externe La source de chaque image/photographie est indiquée. Les images et les photographies sans mention sont de l’auteur, Jean Vaillancourt. On peut les utiliser librement à des fins d’enseignement.

2. Les couches de la TerreAu fil du temps, les matériaux qui forment la Terre se sont séparés en couches distinctes. Voici la description des couches rocheuses. Le dessin en couleur est du USGS

3. L’énergie interne • L’énergie interne provient de diverses sources, par exemple la désintégration radioactive : des atomes instables qui se réorganisent en émettant des particules, ce qui chauffe les roches. • En s’échappant vers la surface, cette chaleur crée des mouvements très lents (disons 1 cm par an) dans la roche solide du manteau, comme dans une soupe qui chauffe sur un rond. • Ces mouvements remodèlent sans cesse la lithosphère (litho = roche) et sa croûte en y érigeant des montagnes, en la déchirant, en la soulevant, etc. Exemple de remodelage : l’édification des Appalaches Images du U.S. Geological Survey http://pubs.usgs.gov/gip/birth/birth.pdf http://pubs.usgs.gov/publications/text/unanswered.html

4. La glace d’un glacier est un exemple plus familier d’un solide qui s’écoule. Elle le fait assez rapidement parce que sa température est relativement proche de son point de fusion. Identifiez les signes d’écoulement sur cette photo d’un champ de glace dans les Andes. Question Photo de la NASA http://earth.jsc.nasa.gov/sseop/clickmap/ On voit des «rivières» de glace, avec des traînées de débris, qui descendent vers le plan d’eau depuis le champ de glace et qui s’y brisent en icebergs.

5. La face changeante de la Terre • À cause du lent bouillonnement qui a lieu sous la lithosphère, la surface de la Terre change continuellement : • Les océans sont éphémères, ils naissent et ils meurent. La Terre a 4500 millions d’années (4500 Ma), mais l’Atlantique a seulement un peu plus de 200 Ma. • Les continents se déchirent, entrent en collision avec d’autres, s’enfoncent dans le manteau à certains endroits, etc. Arabie Exemple : Une zone de déchirure (un rift) permet à l’Arabie de se séparer de l’Afrique. L’injection d’un peu de roche fondue (du magma) crée de la nouvelle lithosphère qui sert de plancher à un jeune océan étroit, la mer Rouge. La zone encerclée s’est ainsi élargie de près de 8 m en septembre 2005. Afrique Photo de la NASA http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/OCDST/Ethiopia.html

6. La tectonique des plaques La lithosphère n’est pas une couche continue. Elle est divisée en plaques et on appelle « tectonique » l’étude des mouvements de ces plaques. Voici un panorama de ces mouvements que nous étudierons la prochaine fois.

7. Question Le parc du Centre de la Nature forme une bosse dans le paysage de Laval. En fait, quand on examine les strates sur les parois de cette ancienne carrière, on constate qu’elles sont bombées vers le haut. Quel évènement vu précédemment a comprimé et bombé les strates ? strates C’est l’édification des Appalaches. Les plaques qui ont embouti ce qui forme aujourd’hui la plaine du Saint-Laurent n’ont pas «froissé beaucoup de tôle» parce qu’elles ont surtout chevauché la future plaine. Elles ont cependant créé quelques ondulations, dont celle du Centre de la Nature.

8. Érosion par un glacier L’énergie externe • L’énergie externe provient du rayonnement solaire et la quantité qui atteint la surface de la Terre à chaque seconde est bien plus grande que l’énergie interne. • Cette énergie entretient des mouvements dans l’atmosphère et dans les océans, et elle permet la vie. • Avec l’aide de l’attraction de la Terre, la pluie, le vent, les animaux marins, les glaciers, etc. façonnent la surface de la croûte terrestre et, notamment, usent les accidents de terrain créés par la chaleur interne. Érosion par l’eau

9. L’érosion • Au fur et à mesure qu’un processus d’origine interne ou externe (ex. : des coraux qui construisent un récif, un fleuve qui construit un delta) crée un relief à la surface de l’écorce terrestre, celui-ci est usé et transformé par les agents atmosphériques (eau, vent, glace, gel, etc.). L’érosion a enlevé toute la partie centrale de ce vaste pli anticlinal de l’Utah.

10. Échelle des temps géologiques fossilifères • L’étude de divers problèmes de génie civil (percer un tunnel de métro, choisir la fondation du collège, chercher de l’eau souterraine, etc.) demande de connaître l’histoire des roches d’une région. • On utilise souvent pour situer un évènement dans le temps des expressions qui font référence à quelque chose qui caractérise ce moment de l’histoire : «époque du disco», «au temps du cinéma muet», «les années folles», «la grande dépression», etc. • Les derniers 542 Ma de l’histoire géologique sont marqués par la présence dans certaines roches de fossiles (restes ou empreintes) de plantes et d’animaux (fossilifère = qui contient des fossiles). On a donc créé pour se situer dans l’histoire une série complète d’expressions faisant référence à la flore et à la faune propre à un certain temps. • On parle de «vieille vie» (Paléozoïque), «d’époque de la craie» (Crétacé), de «grande vague d’extinction» (la limite Mésozoïque - Cénozoïque), de «vie du bassin parisien» (Lutécien), etc. • Nous parlerons beaucoup du Quaternaire, la dernière phase dans le développement de la vie, celle de l’apparition des humains. C’est une période marquée par une succession de grandes glaciations qui ont laissé de nombreuses traces au Québec.

11. Par exemple, les roches calcaires de l’île Jésus datent de l’Ordovicien, un nom qui désigne l’endroit, le pays de Galles, où on trouve les roches qui servent de référence internationale pour définir cette période. L’Ordovicien est « l’époque des invertébrés* marins », une époque où il n’y avait encore aucune vie sur les continents. Ce calcaire du boulevard Saint-Martin provient de l’accumulation de coquilles d’invertébrés marins, les brachiopodes. Les brachiopodes sont des organismes filtreurs qui vivent fixés au fond de la mer. * Invertébré = animal sans colonne vertébrale

12. La plus récente échelle : http://www.stratigraphy.org/scale04.pdf

13. Les minéraux

14. Échantillon de la taille d’une main Les roches sont formées de minéraux • Dans une roche, même s’il faut parfois un microscope pour le voir, différents composés chimiques (SiO2, (Mg,Fe)2Si2O6, etc.) s’individualisent et forment des cristaux, des solides où les atomes se placent de façon très ordonnée. Ce sont les minéraux de la roche. Affleurement de granite Gros plan montrant trois types de minéraux.

15. Les roches sont formées de minéraux • Le même composé chimique peut cristalliser de diverses façons et chaque espèce de cristal est un minéral différent. Exemple : CaCO3 cristallise en calcite et en aragonite. • La formule chimique d’un minéral est parfois floue parce qu’une espèce d’atome peut souvent se substituer à une autre dans la structure cristalline. Exemple : olivine de formule (Mg ou Fe)2SiO4. • La croûte terrestre étant formée principalement d’oxygène O et de silicium Si, tout comme le verre, les minéraux les plus communs contiennent divers arrangements de ces deux espèces (SiO2, Si2O6, etc.) et forment la famille des «silicates».

16. Cronin Identifier les minéraux d’une roche • Pour identifier les roches, on doit pouvoir y reconnaître la douzaine de minéraux les plus communs. Il existe onze propriétés principales qui distinguent les minéraux les uns des autres. Pour chaque minéral, trois ou quatre de ces propriétés sont particulièrement caractéristiques. • Couleur Quelques minéraux ont une couleur assez constante pour aider à les identifier. L’olivine est souvent de couleur olive (verdâtre tirant sur le jaune ou le brun) et la dolomite est souvent rose chair. Au contraire, le feldspath plagioclase (le feldspath riche en sodium Na ou en calcium Ca) a une couleur qui varie du blanc au gris. Cronin Cronin = Vince Cronin de l’université Wisconsin-Milwaukee : http://www.uwm.edu/Course/422-100/minerals.index.html

17. Trait La couleur de la poudre du minéral, obtenue avec une lime ou en écrivant avec le minéral sur de la porcelaine blanche non vernie, est beaucoup plus stable que celle des cristaux. L’olivine a un trait blanc. • Éclat La façon dont la surface d’un minéral réfléchit la lumière du jour lui donne un éclat bien particulier. L’éclat métallique de l’argenterie est rare chez les minéraux communs des roches. Le quartz a l’éclat du verre brisé (vitreux) ; la hornblende, un minéral noir ou vert foncé appartenant au groupe des amphiboles, a l’éclat du verre (vitreux) ou de la soie (soyeux).

18. Question Pouvez-vous citer deux exemples de l’utilisation pratique du trait d’un minéral en classe ? Le prof utilise le trait de la «craie» pour écrire. Il s’agit en fait du minéral gypse, mais on utilisait avant la vraie craie, qui est une forme de calcite. Les élèves utilisent le trait du crayon de «plomb» pour écrire : la mine est faite d’un mélange de graphite et d’argile. La calcite, qui existe dans toutes les couleurs, a un trait blanc.

19. Transparence Un minéral peut être opaque ou on peut voir à travers clairement (transparent) ou indistinctement (translucide). Le mica muscovite est transparent. • Clivage Certains minéraux se cassent le long de surfaces planes plus ou moins parfaites. La muscovite se clive parfaitement en feuillets. Le feldspath potassique (le feldspath riche en potassium K) se clive bien le long de deux familles de plans à peu près à angle droit. C’est un minéral pâle, souvent rose ou blanc.

20. Les pyroxènes (l’augite est un exemple) se distinguent de leurs cousines les amphiboles par l’angle entre leurs deux familles de plans de clivage. De plus, une des familles de plans de clivage des amphiboles a un éclat brillant caractéristique. • Cassure Quand un minéral n’a pas de plans de clivage ou qu’il se brise sans suivre un de ces plans, la cassure peut avoir un aspect particulier qui caractérise ce minéral. Le quartz ne se clive pas et il se casse en donnant une forme conchoïdale (= comme une conque, une coquille). Il faut y regarder de près pour s’en rendre compte : voir la diapositive suivante. On note plus facilement que la surface est bosselée. pyroxène amphibole Pyro xène = feu étranger Amphibole = ambigu

21. Photo de C.E. Jones de l’université de Pittsburgh http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/index.html

22. Stries Certains minéraux ont des stries sur leurs faces. Ces stries, quand elles sont présentes, permettent de distinguer le feldspath plagioclase du feldspath potassique qui n’en a pas. • Dureté Le quartz ressemble souvent à la calcite, mais on raye la calcite avec une pièce de 1 cent alors que le quartz raye une vitre. On dit d’un minéral qui peut en rayer un autre qu’il est plus dur. Vérifier la dureté est un test de terrain facile. • Propriétés magnétiques On peut attirer quelques minéraux avec un aimant. C’est commode pour identifier la magnétite, un minéral noir à l’éclat métallique, dans les sables. magnétite Photo de Richard Granger, technicien au département. Sable de la plage d’Oka

23. On utilise la grande dureté du diamant pour rayer le verre et le couper, et pour fabriquer de nombreux instruments de coupe et de ponçage. • On utilise la grande dureté du grenat pour fabriquer les papiers sablés rougeâtres. Question En pratique, la dureté des minéraux sert à de nombreux usages. Pouvez-vous en nommer un ?

24. Masse volumique La masse volumique est la masse d’un cube de 1 cm x 1 cm x 1 cm du minéral. Exemple : La biotite, un mica noir, a une masse volumique qui varie entre 2,8 et 3,2 g/cm3. Par comparaison, l’eau pure à 4 °C a une masse volumique de 1 g/cm3. Exemple : En le soupesant dans sa main, on constate qu’un sable foncé riche en magnétite et en grenat a une masse volumique nettement plus grande qu’un sable clair fait de grains de quartz. Plage du parc Paul-Sauvé à Oka

25. Acide chlorhydrique On met une goutte d’acide HCl dilué sur une roche pour y identifier la présence de calcite. S’il y a de la calcite, la roche bouillonne. C’est le seul minéral qui produit cet effet. La calcite se distingue aussi par l’existence de trois familles de plans de clivage qui forment des coins qui ne sont pas droits. Avec un acide faible, comme celui du vinaigre, la formation de bulles indique la présence de calcite.

26. Réponse : Couleur : incolore. Éclat : vitreux. Transparence : transparent. Clivage : facile parallèlement à l’arrière-plan (se sépare en plaques), possible dans deux autres directions (traits noirs) mais imparfait. Question Photo de R.Weller, Cochise College Décrivez les propriétés de ce minéral (sélénite, une forme de gypse) visibles sur la photographie. Il s’agit de fragments d’un plus gros morceau.