Le programme

Commentaire éventuel

Image G-E

6^ème

Partie 1 : Caractéristiques de l’environnement proche et répartition des êtres vivants.

L’Homme influe sur le peuplement du milieu selon ses choix  d’aménagement, ses besoins alimentaires ou industriels.

Son influence est directe ou indirecte.

Partie 2 : Le peuplement d’un milieu.

L’Homme influe sur le peuplement du milieu selon ses choix  d’aménagement, ses besoins alimentaires ou industriels.

Son influence est directe ou indirecte.

Exemples de modifications du milieu par l’Homme :

Echangeur routier, voie ferrée (TGV), pont et cours d’eau

réseau routier (Marseille)

Barrrage aux états Unis

Gare TGV d’Aix en provence

Irrigation dans le désert Saoudien

Barrage d’Assouan

Centre d’enfouissement de Marseille

Canal de Provence

Canal de Suez

Pont de Normandie

La Mer d’Aral : à comparer avec des anciennes cartes

Cycle central

Dans un paysage, on peut observer des interactions entre les roches, l'eau, l'air, la végétation et l'homme.
Les roches sont le plus souvent masquées par un sol, de la végétation et parfois des aménagements humains.

Les roches et leurs constituants subissent à la surface de la Terre une désagrégation et/ou une dissolution dont l'eau est le principal agent ;

Exemples de paysages résultants de l’érosion par l’eau :

Vue sur le Grand Canyon

Grand canyon

Grand canyon

réseau hydrographique au Yemen

Effets de l’érosion sur la Réunion

Effets de l’érosion sur la Réunion

Vue de l’Himalaya à 222 kilomètres d’altitude

Vallées creusée par l’érosion au et (erosion 2)

Erosion sur l’Himalaya

Vallée en V en Afghanistan

Erosion des Alpes

Monument Valley (Erosion)

Alpes italiennes (Vallées en U)

Paysage de Bad-Lands (Dinosaur Provincial Park en Alberta)

Localisation approximative des Cheminée de fée sur les rives de la Durance (en attendant une meilleure couverture satellite...)

Cette vallée est une illustration de la règle du « v dans les vallées » (pres de Roquesteron)

- selon leurs caractéristiques (disposition, nature et arrangement de leurs éléments, fracturation), elles résistent plus ou moins à l'action de l'eau ;

- la végétation intervient dans les transformations subies par les roches.

Baume-les-Messieurs (Jura) : Paysage caractéristique qui illustre la résistance plus ou moins importante des roches à l'action de l'eau (en attendant un meilleure couverture satellite de la zone !)

Relief de Cuesta à Nancy,

et la même vue avec la carte géologique de Nancy superposée.

carte inclue

Massif du Vercors

Transport de sédiment et creusement d’un canyon (Désert de Gobi) :

Etape 1

Etape 2

Etape 3

Etape 4 (Grand Canyon)

La fragmentation des roches conduit à la formation de matériaux meubles, constitués de particules, qui peuvent s'accumuler sur place et participer à la formation d'un so ou lêtre entraînées par des agents de transport.

La dissolution d'une partie des constituants des roches conduit à la formation de solutions entraînées dans le ruissellement.

Les cours d'eau, principalement, et les autres agents de transport sont responsables de l'érosion et contribuent largement au modelé du paysage.

Voici quelques agents de transport de matériaux et leurs effets sur le paysage :

Le premier agent de transport : l’eau.

Vue de la Garonne à proximité de Bordeaux : les éléments transportés deans l’eau sont nettement visibles

Sédiments transportés : embouchure du chenal principal du Pô

Exemple de paysage de type éolien

Désert saoudien : probablement un système dunaire sur un substratum de nature évaporitique

Dune barkhane (dans le désert de Gobi)

Dunes en étoile

Dunes transversales

Dunes dans le désert nord africain :  la route et les véhicules qui y circulent donnent l’échelle

Désert saoudien

Vallée glaciaire en Alaska

Bordure d’un glacier en Alaska

Convergence de plusieurs langues glaciaires en Alaska

Glacier en Alaska

Mer de Glace (Mont Blanc)

Glacier Perito Moreno (Patagonie)

Glaciers himalayens

Langues glaciaires Alaska

Mer de Glace (vue inclinée)

Le paysage qui résulte de l’action glaciaire : Une vallée en U (Alpes italiennes)

2. Les roches sédimentaires sont des archives permettant de reconstituer des éléments de paysages anciens.

De nouvelles roches se forment à partir des matériaux issus de l'érosion :

- les particules abandonnées par les agents de transport constituent des dépôts ou sédiments détritiques ;

- d'autres sédiments peuvent se former à partir de solutions, ce phénomène est souvent favorisé par l'activité d'êtres vivants ;

- par une suite de transformations, les sédiments deviennent des roches sédimentaires.

La transposition aux phénomènes du passé des observations faites dans les paysages actuels permet de reconstituer certains éléments des milieux anciens.

Les fossiles, restes ou traces dans les roches d'êtres vivants du passé, apportent des informations sur les milieux de vie.

L'empilement des matériaux sédimentaires successifs rend possible la reconstitution d'une suite de paysages ou d'événements.

Dans ce cours d’eau, nous voyons les sédiments transporté dans le bras principal (les sédiments du bras secondaire se sont déposés)

,

Méandre en cours de comblement : Le Pô (Italie)

Dépôts alluviaux (Pô)

Résultat d’un paysage après formation de méandres (et autres évènements géologiques...) : les boucles de la Meuse dans les Ardennes.

Les boucles de la Meuse dans les Ardennes en vue rapprochée.

 Milieu de sédimentation dans la baie du Mont Saint Michel

Vue partielle du Delta du Pô

Embouchure du chenal principal du Pô

Delta du Rhône

Delta du Gange . Vue à 390 Km d’altitude !

Delta du Nil

Delta d’un affluent du Mississipi

Delta du Mississipi (vue globale)

Delta du Mississipi (vue moyenne)

Embouchure du rhône

Un milieu de sédimentation particulier : Les Bahamas

Vue rapprochée d’une zone de sédimentation carbonatée

Lac Assal (milieu de sedimentation)

La Mer morte (milieu de sédimentation)

3. L'environnement géologique procure à l'Homme des ressources.

Un matériau est utilisé, directement ou après transformation industrielle, en raison de ses propriétés.

L'exploitation des ressources du sous-sol se fait en fonction des caractéristiques du gisement, de la teneur en substance utile, des possibilités technologiques et du contexte économique.

Un matériau du sous-sol, généralement formé en plusieurs millions d'années, est une ressource non renouvelable à l'échelle de temps humaine. Son exploitation doit être gérée en fonction de son épuisement prévisible.

Utilisation de l’énergie géothermique.

Station géothermale de Svartsengi (Islande)

Bassin d'évaporation saline (Utah, à proximité de Salt Lake city)

Une exploitation du sous sol en France : carrière de Talc (Ariège)

(en attendant une meilleure couverture satellite !)

Carrière à Marseille

Carrière de Bauxite (Australie)

Lacs de pétrole Koweït

Mine de charbon (Hambach, Allemagne)

Mine de cuivre (Bingham Canyon)

Mine de cuivre (Bisbee, Arizona)

Mine de cuivre abandonnée (Casa Grande – Arizona)

Mine de cuivre abandonnée (Casa Grande – Arizona)

Vue rapprochée

Mine de diamant (Afrique du Sud)

Mine de lignite de Heuersdorf, Saxe, Allemagne

Mine de Potasse (USA)

puits de pétrole (Irak)

puits de pétrole (koweit)

puits de pétrole 2(koweit)

Une utilisation des roches du sous sol : les Pyramides d’Egypte...

4. L'Homme est responsable de son environnement.

Le respect de la végétation, la mise en oeuvre de techniques assurant le ralentissement du ruissellement permettent d'éviter la dégradation des sols, de freiner l'érosion, et de prévenir les inondations.

Les activités humaines peuvent polluer l'eau.

Terrils de la vallée de la Ruhr - Allemagne

 Exploitation pétrolière en Irak à proximité d'un "lac" de pétrole

5. L'évolution des paysages : effets de l'activité interne du globe

Les séismes résultent d'une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre.

Des forces s'exerçant en permanence sur les roches finissent par provoquer leur rupture soudaine :

- le foyer du séisme est le lieu ou se produit la rupture ;

- à partir du foyer, la déformation se propage sous forme d'ondes ;

- les mouvements de surface liés à la transmission des ondes peuvent être enregistrés par des sismographes et être analysés.

Accumulation d'énergie :

Succession d'anticlinaux et de synclinaux au Pakistan  

 Plis pakistanais

 Région plissée à proximité du Détroit d'Ormuz

 Plissements Iraniens

 Plissements marocains (vue à 10 km d'altitude)

 Plissements marocain
(vue à 45 km d'altitude)

 Anticlinal au Pakistan

 Synclinal au Pakistan

 Couches géologiques verticales

 Faille de Bam

 Faille dans le désert de Gobi

 Faille dans le Sinaï

 Réseau de faille entre le lac d'Asal et la Mer

 Failles Islandaises

Ligne de faille (Nouvelles Zelandes)

 Reseau de failles de Pingvellir (Islande)

 Faille de Lastros (Grèce)

 Faille de San Andreas

 Prolongement de cette faille vers le nord

 Vue globale de la Faille de San Andreas

Les séismes sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre

Ils se produisent surtout le long de l'axe des dorsales océaniques, et dans les chaînes de montagnes, à l'aplomb des fosses océaniques.

Après avoir chargé un calque des séismes sur la Terre, on peut comparer la répartition de ces séismes dans certaines zones de la surface terrestre:

Repartition des seismes (Alaska)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Répartition des seismes (Andes)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Répartition des seismes (Californie)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Répartition des seismes (Hawai)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Répartition des seismes (Himalaya)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition des séismes (Himalya, en vue rapprochée)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition des seismes (ocean atlantique)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition des seismes (ocean pacifique)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

Répartition des séismes (ride medio-Atlantique)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

Le volcanisme est l'arrivée en surface de matière minérale en fusion : le magma.

Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz, des explosions projetant des matériaux solides fragmentés.

Un magma est un liquide issu de la fusion localisée d'un volume restreint de roche, à plusieurs kilomètres de profondeur.

Selon la composition des magmas, les éruptions sont de type différents et les laves plus ou moins fluides.

Le refroidissement par étapes du magma, sa solidification sous forme de cristaux ou de verre, donnent naissance aux roches volcaniques.

La structure de la roche conserve la trace des conditions du refroidissement.

Voici différents types de volcans observables sur la planète:

Piton de la fournaise (vue par l'Est)...

 ... et à la verticale (Caldeiras)

 Hawaï

 Volcan du Mauna Kea (Hawaï)

 Volcan de l'Etna

 volcan du Mont Pelee (Martinique)

 Volcan du Mont St Helens (USA)

Volcan du Mont St Helens- Vue depuis l'intérieur du cratère !  

 Volcan du Kilimanjaro

 Volcan Fuji-Yama (Japon)

 Volcan et caldeiras (Sahara, Tchad)

 Volcan Japonais en activité

 Volcan Morne Micotrin (Dominica)

Volcan Nyamuragira (R. D. du Congo) 

 Volcan Rinjani (Japon)

 Volcan Sakura-jima (Japon)

 Volcan Santa Ana (Salvador)

 Volcan Santa Ana et piton associé (Salvador)

Eruption du Cleveland (Alaska, 2006) 

Les volcans actifs sont répartis de façon irrégulière à la surface du globe, sur les continents et dans les océans.

Sur les continents, les édifices volcaniques sont souvent associés en alignements, notamment autour de l'océan Pacifique ou le long de grandes cassures.

Dans la partie axiale des dorsales, le fond des océans présente des fissures le long desquelles est émis du basalte.

Charger un calque de la répartition des volcans sur la Terre (on peut prendre celui fourni avec Google-Earth, ou le calque en téléchargement à droite)

Où sont situés les volcans sur les continents?

répartition des volcans (chaine andine)

Volcans du monde

Répartition des volcans (corne de l Afrique)

Où sont situés les volcans sur les océans? 

repartition des volcans (fosses oceaniques)

 Répartition des volcans (Hawai)

Répartition des volcans (Indonesie)

 repartition des volcans (o. atlantique)

 repartition des volcans (o. indien)

 repartition des volcans (o. pacifique)

 Alignement de volcans au Chili

 Alignement de volcans au Massif Central

L'existence de roches ou d'édifices volcaniques anciens attestent une activité volcanique dans le passé.

Maar de l'Eifel

 Caldeira de Crater Lake (Oregon, USA)

Les "anciennes" structures ci-dessus peuvent être comparées à cette structure associée à un volcan encore actif :

 Caldeira Coatepeque (Volcan Santa Ana)

 Volcans du Massif central...

 ... à comparer par exemple à ce volcan :

6. L'activité de la planète engendre des risques pour l'Homme.

Un risque géologique est défini par l'évaluation du danger lié aux phénomènes géologiques et de la probabilité de ces phénomènes (séismes, volcanisme, glissements de terrain).

L'Homme se préoccupe : - de détecter les zones à risque par 1'étude des phénomènes en cause ; - de prévenir ces risques (surveillance scientifique des zones à risque, constructions adaptées, éducation des populations).

Eboulements de terrains aux environs de Muzaffarabad (Pakistan)

 Réflexion sur la répartition des villes autour des volcans:

du Piton de la fournaise

...de l'Etna

 ... du Vésuve

 Réseau de surveillance (et d'alerte) du Karthala (Comorres)

Construction de structures visant à la protection des population sur les flancs du volcan Sakura-jima (Japon)

E. La « machine Terre»

La partie externe de la Terre est formée de plaques animées d'un mouvement permanent.

La répartition et les caractères des séismes et des manifestations volcaniques permettent de délimiter les plaques.

Repartition des seismes et Volcans (amerique du sud

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition des seismes et Volcans (fosses oceaniques)

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition des seismes et Volcans

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Répartition seisme-volcan-plaques (Amérique du Sud.)

Volcans du monde

Plaques tectoniques

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

Repartition seisme-volcan-plaques (indonesie) 

Volcans du monde

Plaques tectoniques

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

 Repartition seisme-volcan-plaques (pacifique)

Volcans du monde

Plaques tectoniques

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

Les variations de la vitesse des ondes sismiques en profondeur permettent de distinguer la lithosphère, rigide, de l'asthénosphère qui l'est moins.

La croûte, partie superficielle de la lithosphère, est constituée en grande partie de granite dans les aires continentales, de basalte sous les océans. La base de la lithosphère et l'asthénosphère sont constituées de péridotite.

A raison de quelques centimètres par an, les matériaux des plaques se forment et s'écartent à l'axe des dorsales, se rapprochent et s'enfouissent aux frontières de convergence.

L'énergie responsable du mouvement des plaques provient de l'intérieur de la Terre.

L'augmentation de la température avec la profondeur témoigne de cette énergie.

Une partie importante de cette énergie provient de matériaux radioactifs présents en profondeur.

 plaques tectoniques

Les mouvements des plaques transforment la lithosphère.

Ces mouvements assurent le déplacement des continents, l'ouverture et la fermeture des océans.

L'affrontement des plaques dans les zones de convergence engendre des déformations souples ou cassantes de la lithosphère (plis, failles), et aboutit à la formation de chaînes de montagnes

Observation des limites de plaques par rapport au relief :

Observation du chaîne de montagne à une limite de plaque : Himalaya (Collision)

 Observation d'une fosse océanique à une limite de plaque : Chaîne Andine (Subduction)

 Observation d'un jeune océan à une limite de plaque Mer Rouge(Océanisation)

quelques exemples de déformations souples...

 Anticlinal de Lavelanet

 Synclinal perché d'Arclusaz

 Synclinal perché de la Forêt de Saou

... et de déformations cassantes:

Exemple d'une faille dans le désert de Gobi (Chine)  

 vue raprochée

 et la vue rapprochée !

Seconde

Partie 1 : LA PLANÈTE TERRE ET SON ENVIRONNEMENT

Prises du vue pouvant servir de document d'appel sur l'inégale répartition des températures (et des climats) sur la Terre:

Forêt tropicale au Brésil

La Terre est une planète du système solaire.

Le Soleil est une étoile autour de laquelle tournent différents objets (planètes, astéroïdes, comètes) (1). Ils sont de tailles, compositions chimiques et activités internes variées. Certaines planètes ont des enveloppes externes gazeuses ou liquides.
L'énergie solaire reçue par les planètes varie en fonction de la distance au soleil.
La répartition en latitude des climats et l'alternance des saisons sont des conséquences de la sphéricité de la Terre, et de sa rotation autour d'un axe incliné par rapport au plan de révolution autour du soleil.

Voici une vue de la Terre en Juin 2006 !

Calque jour nuit et calque atmosphère

Jour et nuit en temps réel

 Calque de la position du soleil (mais son utilisation peut être bien discutable...)

Position du soleil

Planète Terre et environnement global
La structure et l'évolution des enveloppes externes de la Terre (atmosphère, hydrosphère, lithosphère et biosphère) s'étudient à partir d'images satellitales (2).
L'effet de serre résulte comme sur Mars et Vénus de la présence d'une atmosphère (3).
Les mouvements des masses atmosphériques et océaniques résultent de l'inégale répartition géographique de l'énergie solaire parvenant à la surface de la Terre et de la rotation terrestre. Ces mouvements ont des conséquences sur l'évolution de l'environnement planétaire.
L'atmosphère terrestre a une composition chimique et une structure thermique qui varient avec l'altitude ; L’ozone protège la Terre du rayonnement UV ; il est aussi responsable de la séparation troposphère/stratosphère. Les mouvements atmosphériques sont rapides (de l'ordre de la dizaine de m.s - 1 ) et permettent un mélange efficace des gaz et polluants (CO2 , CFC, poussières, etc) à l'échelle planétaire.

Les masses océaniques sont animées de mouvements de deux types : les courants de surface (couplés à la circulation atmosphérique) et les courants profonds (liés aux différences de température et de salinité de l'eau de mer). Ces deux types de courants ont des vitesses de déplacement différentes. Ces vitesses sont plus faibles que celle de l'atmosphère et disséminent moins rapidement les polluants à l'échelle planétaire.

 Atmosphère en mouvement

 mesure des courants de surface

 Relevé des vents en temps réel

 Température au sol en Février 2003

  Température au sol en Août 2003

Température de 2 villes à même latitude

Température des océans (02-2006) 

 Réseau hydrographique au Yémen

La biosphère ensemble de la matière vivante.

Notion de respiration, de fermentation, synthèse chlorophyllienne.
Les cycles de l'oxygène, du CO2 et de l'eau:
ils montrent comment la lithosphère-l'hydrosphère, l'atmosphère et la biosphère sont couplées. Influence de l'homme. Action sur la température de surface.
Evolution historique de la composition de l'Atmosphère :
La courbe des teneurs en CO2 et O2 de l'atmosphère terrestre depuis 4,5 milliards d'années.
La courbe des températures fossiles et des teneurs en CO2 au cours du quaternaire récent déterminée grâce à l'étude des isotopes de l'oxygène et des inclusions gazeuses des carottes polaires.

 Une illustration de la pollution atmosphérique:

Les rejets d'une usine thermique

Première S

L'utilisation des SIG, et de Google-Earth en particulier peut s'avérer complémentaire aux observations de terrain afin de faciliter le passage pour les élèves à une représentation plus globale de la planète.  

Thème général : structure, composition et dynamique de la Terre

Les documents proposés pour le collège sont aussi utilisables pour le lycée...  

I Structure et composition chimique de la Terre interne

Origine, différenciation et structure interne de la Terre

L'étude de la propagation des ondes sismiques montre que la Terre est structurée en enveloppes concentriques de tailles, masses et masses volumiques différentes : la croûte (continentale ou océanique), le manteau et le noyau. Les enveloppes sont séparées par des discontinuités physiques et/ou chimiques. La lithosphère se distingue de l'asthénosphère sous-jacente par un comportement rigide.
La température, la pression et la masse volumique varient avec la profondeur.
Cette structure de la Terre r ésulte, d'une part de sa formation par accrétion de petits corps dont les météorites de type chondrite sont les vestiges, d'autre part de sa différenciation

Illustration de formation par accrétion de la Terre .

Composition chimique de la Terre : des échantillons naturels aux matériaux inaccessibles
Seuls les matériaux de la croûte et du manteau supérieur sont observables à la surface de la Terre. Les enveloppes de la Terre, accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiques différentes que l'on détermine à partir de l'étude de roches représentatives. Ces roches sont formées de minéraux et/ou de verre.
La composition chimique des enveloppes de la Terre est dominée par un nombre limité d'éléments dits "majeurs" (Si, O, Mg, Fe, Ca, Na, K, Al).
Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont : olivines, pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas. La composition chimique des roches est présentée en % massique d'éléments chimiques.
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles.
On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements qui tiennent compte de la formation de la Terre à partir des chondrites, préciser leurs compositions.

Les cratères d'impact

ou
Impact de 2600 météorites

II La lithosphère et la tectonique des plaques

Découpage de la lithosphère en plaques d'épaisseur variable, peu déformables à l'exception de leurs limites
Le relief de la Terre, la distribution géographique des volcans et des séismes, les contours des bordures continentales sont des signatures de la tectonique des plaques.

 Voir pour ce point les documents proposés pour le collège...

utilisation conjointe des calques des séismes et des volcans: on peut utiliser ceux présents par défaut sur Google-Earth, ou charger les calques à droite:

Mouvements relatifs des plaques : divergence au niveau des dorsales océaniques où elles se forment, convergence dans les zones de subduction et de collision où elles disparaissent, coulissage le long des failles transformantes
Différentes données géologiques (âges des sédiments des fonds océaniques, alignement des volcans de points chauds, anomalies magnétiques) permettent de reconstruire les directions et les vitesses des mouvements des plaques ainsi que leurs variations pour les 180 derniers millions d'années de l'histoire de la Terre.

Ces directions et vitesses sont mesurables sur des échelles de temps de quelques années parles techniques de positionnement par satellites (GPS : Global Positioning System).

Archipel d'Hawaï

Le modèle de la cinématique globale des plaques, fondé et construit sur des observations géologiques et géophysiques, est validé et affiné par ces mesures pratiquement instantanées. L'étude de la divergence se fait en classe de première. La convergence est présentée en classe de première et sera développée en classe terminale.

III Divergence et phénomènes liés

Formation et divergence des plaques lithosphériques au niveau des dorsales océaniques.
Activités tectoniques et magmatiques associées
- Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et les failles normales qui structurent les dorsales océaniques attestent de mouvements en extension.

- Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège d'une production importante de magma : de l'ordre de 20 km3 par an. Ces magmas sont issus de la fusion partielle des péridotites du manteau induite par décompression. Ils sont de nature basaltique. La fusion partielle leur donne une composition chimique différente de celle de la roche source. Le refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de textures différentes (basaltes/gabbros).
En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit, s'hydrate et s'épaissit.

- Marges passives des continents : elles sont structurées par des failles normales et sont le siège d'une sédimentation importante. Elles ont enregistré l'histoire précoce de la rupture continentale et de l'océanisation. L'activité des failles normales, héritage de rifts continentaux,témoigne de l'amincissement de la lithosphère et de sa subsidence.

Exemple du rift des Afars 

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

Séismes depuis 1994

Séismes actuels

IV La machinerie thermique de la Terre

 Dissipation de l'énergie interne de la Terre
Le flux de chaleur en surface en est la manifestation principale. La chaleur interne a pour origine essentielle la désintégration de certains isotopes radioactifs.
Convection du manteau terrestre
La fabrication de la lithosphère océanique, la subduction et les mouvements des plaques lithosphériques sont les manifestations d'une convection thermique à l'état solide du manteau (transport de chaleur par mouvement de matière). Les dorsales océaniques traduisent des courants montants chauds de matériel du manteau. Les plaques en subduction traduisent des courants descendants froids.
Points chauds
Le magmatisme lié aux points chauds marque la remontée ponctuelle de matériel du manteauprofond. Il s'exprime par des éruptions massives de laves basaltiques (plateaux océaniques, trapps, alignements insulaires).

Vue avec des volcans non alignés sur les plaques

Trapps du Deccan: je pense que ces vues appartiennent aux fameux trapps, mais c'est à confirmer...

Terminale S

Les documents proposés pour le collège sont aussi utilisables  

I.4. La mesure du temps dans l’histoire de la Terre et de la vie

Datation relative

La datation relative permet d’ordonner les uns par rapport aux autres des structures  (strates, plis, failles, minéraux) et des événements géologiques variés (discordance, sédimentation.

La datation relative repose sur les principes de la chronologie relative qui ont permis d’établir l’échelle stratigraphique des temps géologiques. Ces principes sont  :
- superposition,
- continuité,
- recoupement,
- identité paléontologique.

Reconstitution des évènement qui ont conduits à la formation de ces paysages:

Anticlinal au Pakistan ...  

Datation absolue

 La chronologie absolue, en donnant accès à l’âge des roches et des fossiles, permet de mesurer les durées des phénomènes géologiques. Elle permet aussi de situer dans le temps l’échelle relative des temps géologiques.

La chronologie absolue est fondée sur la décroissance radioactive de certains éléments chimiques : elle exploite la relation qui existe entre rapports isotopiques et durée écoulée depuis la « fermeture du système » contenant les isotopes.

Les radio-chronomètres sont choisis en fonction de la période de temps que l’on cherche à explorer.

Pour les derniers millénaires on utilise le carbone 14 (¹⁴ C) dont  la quantité lors de la fermeture du système est connue. La mesure de la quantité de ¹⁴ C restante dans l’échantillon permet de trouver un âge. Lorsque tous les éléments radioactifs ont disparu de l’échantillon, la datation n’est plus possible.

Pour des périodes plus anciennes on peut, par exemple, utiliser le couple potassium-argon (K-Ar). La quantité initiale lors de la fermeture du système est négligeable. La contamination par l’argon de l’atmosphère rend difficile la détection de l’argon issu de la désintégration du potassium avant que la roche ait atteint un certain âge. On utilise aussi le couple rubidium-strontium (Rb-Sr). Pour trouver l’âge d’une roche il est alors nécessaire de mesurer les  rapports isotopiques de plusieurs minéraux de la même roche ayant cristallisé au même moment (les quantités initiales des éléments et le moment de la fermeture du système étant inconnus).

I.5. La convergence lithosphérique et ses effets.

I.5.1. Convergence et subduction

La convergence se traduit par la disparition de lithosphère océanique dans le manteau, ou subduction.
La lithosphère océanique s’enfonce sous la marge active d’une plaque comprenant une croûte continentale ou une croûte océanique. Les caractéristiques principales des zones de subduction sont :
- La présence de reliefs particuliers (positifs et négatifs).
- Une activité magmatique importante.
- Une déformation lithosphérique importante.
- Une répartition particulière des flux de chaleur.

La distribution géométrique des séismes matérialise le plongement d’une portion rigide de lithosphère à l’intérieur du manteau plus chaud et ductile.

L’évolution de la lithosphère océanique qui s’éloigne de la dorsale s’accompagne d’une augmentation de sa densité, jusqu’à dépasser la densité de l’asthénosphère : cette différence de densité est l’un des principaux moteurs de la subduction.

Les zones de subduction sont le siège d’une importante activité magmatique caractéristique : volcanisme, mise en place de granitoïdes.

Le  magma provient de la fusion partielle des péridotites au-dessus du plan de Bénioff, cette fusion est due à l’hydratation du manteau.
L’eau provient de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Le long du plan de Bénioff, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de pression et de températures différentes de celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent. Des minéraux caractéristiques des zones de subduction apparaissent.

I.5.2. Convergence et collision continentale

Dans les Alpes franco-italiennes affleurent des roches qui contiennent des témoins minéralogiques des conditions de pression et température  d’une subduction. Il s’agit d’éléments d’une ancienne lithosphère océanique subduite et ramenée en surface (ophiolites).
Dans les Alpes franco-italiennes affleurent des témoins de marges passives : sédiments, blocs basculés et de croûte océanique non subduite (ophiolites). Les marges passives sont  déformées et témoignent de la collision continentale. La convergence est ici absorbée par la déformation des marges qui se raccourcissent et s’épaississent, conduisant à la formation d’une chaîne de montagnes. Les conséquences les plus visibles du raccourcissement et de l’épaississement de la croûte continentale sont :
- une topographie particulière (des reliefs élevés associés à une racine crustale),
- des plis, des failles et des charriages.

Après la collision, la chaîne de montagnes est le lieu d’une évolution tardive : érosion en surface, fusion partielle en profondeur.

La fin de ce chapitre est l’occasion de dresser un rapide bilan de la dynamique de la lithosphère, de l’ouverture océanique à la naissance d’une chaîne de montagnes.

Fenêtre de la nappe de charriage de Gavarnie (résultat d'un charriage)
(Pyrénées)

I.8. Couplage des événements biologiques et géologiques au cours du temps

A l’échelle des temps géologiques des modifications brutales et globales liées à des événements planétaires affectent le monde vivant : ce sont les crises. Elles alternent avec des périodes plus longues de relative stabilité.

La limite Crétacé-Tertiaire : un événement géologique et biologique majeur

La limite Crétacé-Tertaire (il y a 65 millions d’années) est caractérisée par l'extinction massive et rapide d'espèces et de groupes systématiques des milieux continentaux et océaniques. Certains groupes survivent à la crise, ils se diversifient rapidement en occupant toutes les niches écologiques.

L'origine de ces événements pourrait être la conjonction de deux phénomènes géologiques. Le premier est lié à la dynamique de la planète et correspond notamment aux conséquences de la mise en place des trapps du Deccan ; le second est associé à la chute d'un astéroïde dont le cratère de Chixulub est la trace.

Les crises biologiques, repères dans l’histoire de la Terre .
Au cours de l’histoire de la Terre, les phénomènes comme la crise Crétacé-Tertiaire ont un caractère exceptionnel. Ils ont une influence majeure sur l’évolution de la biosphère.
Durant les 500 derniers millions d'années sont survenues plusieurs crises majeures pour lesquelles des extinctions biologiques massives sont corrélées à :
- des phénomènes géologiques internes (tectonique des plaques, panaches mantelliques et volcanisme associé)
- des phénomènes d’origine extraterrestre (chute d'astéroïdes)
Produit récent de l'évolution biologique, l'Homme a les moyens d’avoir une influence sur l’avenir de la planète.

Changements géologiques et modifications de la biosphère sont interdépendants.

Terminale S
Enseignement de spécialité

II.1.1 Les climats passés de la planète

Les changements du climat des 700 000 dernières années
Les carottes de glace forées dans les calottes polaires et les carottes sédimentaires des fonds océaniques ou lacustres permettent de reconstituer les variations climatiques des 700 000 dernières années.

Les variations locales de la température au dessus des calottes polaires sont déduites de la composition isotopique de l'oxygène (¹⁸O/¹⁶O) de la glace. Ces variations de température sont corrélées à des variations de concentration en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En dehors des pôles, les variations climatiques locales sont déduites de l’étude de carottes sédimentaires de lacs ou de tourbières.

Les variations globales du volume des calottes glaciaires et des glaciers, représentatives des changements climatiques à l’échelle de la planète, sont déduites de la composition isotopique de l'oxygène (¹⁸O/¹⁶ O) des tests carbonatés dans les sédiments océaniques.

Les variations climatiques montrent des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Un cycle de 100 000 ans rythme les glaciations. Des cycles de réchauffement-refroidissement sont observés entre deux maxima glaciaires avec des périodes de 43 000, 24 000 et 19 000 ans.

Bilan explicatif : ces périodicités s'expliquent par les variations régulières des paramètres orbitaux de la Terre. Ces paramètres déterminent la répartition et les variations au cours du temps de l’énergie solaire reçue aux différentes latitudes (cf. programme de la classe de seconde).

Cependant, les seules variations de l'ensoleillement n'expliquent pas l'amplitude observée des variations de températures. D'autres phénomènes interdépendants  modulent l'effet astronomique. Parmi ces phénomènes, on étudie à titre d’exemple deux d’entre eux : 
- les variations de l'albédo de la planète
L’albédo est l’un des facteurs qui contrôle la température de surface de la Terre. Il est fonction entre autres du couvert végétal et de l'extension des calottes polaires qui eux-mêmes dépendent de la température.
- les variations de la teneur en CO ₂ atmosphérique
Le CO₂ participe à l’effet de serre de la planète. Sa concentration dans l’atmosphère est en équilibre avec celle de l’océan. Lorsque la température augmente, la solubilité de CO₂ dans l’océan diminue, l’équilibre précédent est déplacé : du CO₂ passe de l’océan dans l’atmosphère ce qui induit une augmentation de l’effet de serre.

 
Les changements climatiques aux plus grandes échelles de temps
Les variations à courtes échelles de temps vues précédemment se superposent à des variations à beaucoup plus grande échelle de temps. On retrouve ainsi dans les roches :
- des traces de périodes glaciaires.
- des traces de périodes chaudes.
- des traces de changements brusques du climat.

 
Les mécanismes des variations climatiques aux grandes échelles de temps impliquent des variations importantes dans la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère (maximum du CO₂ au Crétacé, minimum au Carbonifère par exemple). Ces variations sont contrôlées en particulier par les processus suivants qui libèrent ou consomment du CO₂ :
- l'altération des silicates calciques et magnésiens de reliefs orogéniques consomme du CO₂ .
- la précipitation des carbonates libère du CO₂ et la dissolution des carbonates consomme du CO_{2 .}
- le piégeage de la matière organique dans les roches stocke du CO _2.
- le dégazage du manteau par le volcanisme libère du CO₂ dans l’océan et dans l’atmosphère.

 

Bilan : Envisager les climats du futur.
L'identification des paramètres qui contrôlent le climat de la Terre est essentielle pour construire des modèles climatiques. Les scénarios d'évolution de la température moyenne de la Terre qui, outre la variabilité naturelle du climat, prennent en compte l'impact de l'activité humaine, prévoient un réchauffement de l'ordre de 2 à 5°C au cours du XXI^e siècle.
Ce réchauffement à l’échelle du siècle se superpose à un refroidissement constant de plus grande ampleur commencé il y a 20 millions d’années.

II.1.2 - Les variations du niveau de la mer

Mise en évidence des variations du niveau de la mer au cours des temps géologiques
Les variations du niveau de la mer modifient la surface des terres émergées.

Les roches sédimentaires par leur nature et leur extension enregistrent les variations relatives du niveau de la mer. Ces variations se manifestent notamment par des transgressions et des régressions sur les continents.

Les causes des variations mondiales du niveau de la mer
Les variations relatives du niveau de la mer à l'échelle mondiale sont contrôlées par le volume d'eau dans les bassins océaniques. On considère que pendant les 200 derniers millions d'années le volume d'eau sous forme de glace, de liquide et devapeur est constant à la surface de la Terre.
Les principales causes des variations du niveau de la mer sont :
- La dilatation thermique de l'eau (de 10 à 20 cm par siècle).
- La formation et la destruction des calottes polaires (de l’ordre de la centaine de mètres en 10 000 à 100 000 ans).
- Le volume des bassins océaniques (dont la variation peut aller jusqu’à plusieurs centaines de mètres en une dizaine de millions d’années).

Discordance: des terrains sedimentaires recoupent des terrains plissés