Voici les notes de cours que nous utiliserons dans le cadre du cours de sciences cette année. Dans cette section nous allons couvrir plusieurs concepts relatif à la terre. Nous y traiterons de sa structure ainsi que de certains phénomènes qui si produisent.
Table des matières
Phénomènes géologiques et géophysiques
- Les plaques tectoniques
- Orogenèse
- Volcans
- Tremblement de terre
- Érosion
- Cycle de l'eau
La lithosphère a une épaisseur variable. Elle repose sur le manteau, qui est fluide. Aussi, plutôt que de former un seul bloc, elle est divisée en plusieurs morceaux, les plaques tectoniques.
Les plaques tectoniques
Elles sont de grands morceaux de la lithosphère qui se déplacent. Ces plaques peuvent s'éloigner les unes des autres, se frotter, entrer en collision ou glisser l'une sous l'autre.
Les mouvements des plaques tectoniques et les forces de la nature modifie la croûte terrestre. Ces mouvements sont le résultats des mouvements de convection à l'intérieur du manteau.
Ces mouvements donnent donc lieux à trois phénomènes entre les différentes plaques.
- Collision
- Éloignement
- Frottement
L'orogenèse (formation des montagnes)
L'orogenèse désigne l'ensemble des processus entrainant la formation des montagnes.
C’est le mouvement des plaques tectoniques qui nous permet d’expliquer la formation des chaînes de montagnes. Les plaques bougent de quelques centimètres par année sous l’effet des mouvements de convection du magma à l’intérieur du manteau. La formation de montagnes est un processus extrêmement lent qui s'effectue au cours de millions d'années. Elles apparaissent, grandissent, s'applanissent sous l'effet d'érosion et de glaciation et disparaissent.
La naissance d’une chaîne de montagnes peut s’expliquer de manières différentes:
- subduction
- collision
- compression
La subduction
Une zone de subduction est formée lorsqu'une plaque tectonique dense plonge sous une plaque tectonique moins dense lors de leur rencontre. Le rebord de la plaque supérieure se plisse et se soulève pour former des montagnes.
Les zones de subduction surviennent lors de la rencontre d'une plaque océanique avec une plaque continentale. Lorsqu’il y a des sédiments marins la croûte de plaque océanique et que ces sédiments restent accrochés au bord de la plaque continentale, une chaîne de montagnes se forme. Très souvent, c’est une chaîne de montagnes volcaniques que l'on nomme cordillère.
La collision
La formation par collision survient lors de la rencontre de deux plaques tectoniques de même type (même densité), soit continentale-continentale ou océanique-océanique.
Lorsque deux plaques continentales se frappent, l’impact est puissant. On assiste à une collision, parce qu’il n’y a pas de différence dans la densité de plaques de même type. Les deux plaques s'écrasent et se froissent. La croûte terrestre s'élève et s'épaissit pour former de très hautes montagnes. Il est important de noter que les chaînes de collision n'entrainent jamais la formation de volcans.
La compression
La formation par compression se déroule au centre d'une plaque tectonique continentale.
Sur une longue période de temps, les roches d'une plaque tectonique peuvent subir de nombreuses contraintes horizontales et finir par se plisser. Les plis ainsi formés sont à l'origine de certaines montagnes qui se forment au centre d'une plaque tectonique.
Les volcans
Un volcan est un trou dans l'écorce d'un corps planétaire par lequel un liquide, un gaz ou un solide est expulsé.
Le mot volcan vient du terme italien vulcano qui veut dire Vulcain, le nom du dieu romain du feu.
Fonctionnement d'une éruption
- La fusion du manteau et de la croûte terrestre forme du magma.
- Le magma est plus léger que les roches environnantes alors il remonte.
- Si le magma est arrêté lorsqu'il remonte, il se forme une chambre magmatique et le magma s’y accumule. Il peut rester dans cette chambre pendant des siècles.
- C’est la pression exercée par les gaz qui sont dans le magma qui lui permet de se diriger vers la surface de la croûte terrestre. Le magma passera donc à travers des failles ou des cheminées volcaniques et sortira à la surface de la Terre.
Les parties d'un volcan
- La chambre magmatique est sous la croûte terrestre entre 10 et 30 km de profondeur. C’est un réservoir de magma d’un volume de plusieurs km3.
- Un volcan peut avoir une ou plusieurs cheminées. Ces cheminées permettent au magma de sortir.
- Le cône (le dôme ou le cratère) est formé à la suite de plusieurs éruptions. On peut avoir aussi une coulée de lave ou un dépôt de produit d’explosion.
Les types d'éruption
Éruption effusive (Volcan-bouclier)
Les éruptions effusives sont des éruptions relativement calmes. Lors de ce type d'éruption il n'y a pas d’explosion, cependant les coulées de lave sont très abondantes.
La lave contient beaucoup de basalte mais elle est pauvre en silice. Puisqu’elle ne contient pas beaucoup de silice, les laves libèrent facilement leurs gaz volcaniques et elles sont très fluides.
On appelle les volcans qui ont des éruptions effusives des volcans rouges.
Éruption explosive (Stratovolcan)
Les éruptions explosives sont beaucoup plus spectaculaires. Elles sont très dangereuses, car elles sont imprévisibles. Ces éruptions ne forment pas de coulée de lave. Par contre, elles sont accompagnées de fortes explosions qui produisent des scories et une grande quantité de cendres. Ces cendres engendrent des nuées ardentes et des panaches volcaniques.
Les laves lors de ces éruptions contiennent beaucoup d’andésite et de silice. Ces laves sont donc très visqueuses et elles ne libèrent pas leurs gaz volcaniques facilement.
Scories: Produit volcanique riche en vacuoles, de très faible densité, qui se forme lors des éruptions de type explosif.
Nuée ardentes: C'est un grand nuage de gaz brûlants de très forte pression qui transporte d'importantes quantités de débris de laves récentes ou anciennes
On appelle les volcans qui ont des éruptions explosives des volcans gris.
Volcanisme de point chaud
Un point chaud est une zone volcanique de la croûte terrestre où le flux de chaleur est anormalement élevé, dans des régions peu étendues.
Les points chauds sont caractérisés par l’émission de volumes très importants de produits volcaniques. Les régions volcaniques de point chaud se rencontrent généralement à l’intérieur des plaques lithosphériques, en dehors de leurs frontières divergentes (dorsales océaniques, rifts) ou convergentes (zones de subduction, zones de collision). C’est le cas actuellement des zones volcaniques des domaines continentaux (Yellowstone et région de la Snake River Plain, États-Unis) et des îles océaniques (archipel d’Hawaii, Canaries, île de La Réunion…).
Les dorsales océaniques
Relief très allongé, le plus souvent sous-marin, où se forme la croûte océanique.
Les dorsales océaniques constituent des chaînes de montagnes sous-marines sur des longueurs pouvant atteindre plus de 60 000 km. À une profondeur moyenne de 2 500 m, le sommet des dorsales est sillonné par de grandes fractures.
Les tremblements de terre
Un tremblement de terre, ou séisme, est une secousse plus ou moins violente de la croûte terrestre résultant de la libération d'une grande quantité d'énergie dans la lithosphère.
La lithosphère est principalement solide, lorsqu'elle est soumise aux forces internes de la Terre, cette partie emmagasine de l'énergie et se déforme graduellement. Lorsque la tension trop forte, il se produit une rupture. Lorsqu'il y a un séisme, le sol va se déplacer brusquement de quelques centimètres à plusieurs mètres. On ressent alors les vibrations du sol. Un tremblement de terre est le résultat d'une libération brusque d'énergie accumulée par les forces exercées sur les roches.
Origines des tremblements de terre
Les séismes peuvent être d'origine naturelle (tectonique ou volcanique) ou d'origine artificielle.
- Tectonique
- Volcanique
- Artificielle
Les séismes d'origine tectonique sont causés par le mouvement des plaques tectoniques. Ce sont les séismes les plus fréquents et les plus dévastateurs.
Les séismes d'origine volcanique sont causés par l'accumulation de magma dans un volcan. Ils sont généralement les signes avant-coureurs d'une éruption volcanique. Ces séismes causent moins de dégâts que ceux d'origine tectonique.
Les séismes d'origine artificielle sont causés suite à certaines activités humaines qui perturbent l'intégrité de la lithosphère.
En voici quelques exemples:
- La mise en eau d’un grand barrage
- L’exploitation de gaz
- Les essais nucléaires souterrains
- Les tirs d’exploration sismique
- Etc.
Le foyer et l'épicentre d'un tremblement de terre
Le foyer (ou hypocentre) d'un tremblement de terre représente le lieu d'où partent les vibrations du séisme. Il peut être situé tout près de la surface ou jusqu’à 700 km de profondeur. C’est là où le séisme a réellement lieu.
L'épicentre d'un séisme correspond au point sur la surface terrestre qui se situe à la verticale du foyer. C’est là où les secousses sont les plus intenses et d’où partent les vibrations.
Échelle de Richter
L'échelle de Richter qui est la façon la plus connue de mesurer les tremblements de terre. C'est Charles Richter, qui l'a créée en 1935. Cette échelle est graduée de 1 à 9, mais il est possible de dépasser cette valeur. Puisqu'elle se base sur l'énergie dégagée et non sur les dégâts causés, on peut qualifier l'échelle de Richter comme étant objective.
Explication de l'échelle Richter
L'augmentation d'une unité dans la magnitude signifie x10 au niveau de la puissance.
- Un séisme de magnitude 6 est 10 fois plus puissant qu’un séisme de magnitude 5.
- Un séisme de magnitude 6 sera 100 fois plus puissant qu’un séisme de magnitude 4.
Aussi.....
On utilise aussi l’échelle modifiée d’intensité de Mercalli (MM) pour quantifier le degré d’effet de surface. L’intensité d’un séisme, dans ce cas, est déterminée par l'ampleur des dégâts causés par le séisme et la perception qu'a eue la population de ce séisme. Il s'agit donc d'une échelle subjective.
L'érosion
L’érosion est un mécanisme d'usure et de transformation des roches et du sol par des agents d'érosion tels que l'eau, le vent, le mouvement des glaciers ou la température.
Lors de l'érosion, des particules des roches ou du sol sont détachées et déplacées de leur point d’origine. C'est un processus de dégradation du relief qui peut être lent et progressif, ou totalement violent. Il faut plusieurs millions d’années pour aplanir une montagne ou creuser une vallée, il faut cependant quelques minutes pour qu’une avalanche, un lahar (coulée boueuse d’origine volcanique) ou un orage ne transforme le paysage.
L'érosion et la modification du paysage peut être causée par de nombreux facteurs que l'on nomme agents d'érosion:
- L'érosion par l'eau
- L'érosion par la glace et les glaciers
- L'érosion par le vent
- L'érosion par la gravité
- L'érosion et la température
- L’érosion et l’action de l’homme
Le cycle de l'eau
Le cycle de l'eau est un modèle qui représente le parcours entre les grands réservoirs d'eau liquide, solide ou de vapeur d'eau sur la Terre.
L’eau se trouve sous trois états dans l’environnement : l’état solide (sous forme de glace), l’état liquide et l’état gazeux (sous forme de vapeur d’eau). Elle possède cette capacité de changer d’état selon la température et la pression auxquelles elle est soumise.
L'évaporation
Sous l’effet de la chaleur du Soleil, l’eau à l’état liquide passe à la phase gazeuse pour se mêler aux gaz de l’atmosphère. On appelle ce phénomène l’évaporation et il se passe surtout au niveau des océans.
Voici les facteurs qui favorisent l’évaporation de l’eau:
- La chaleur (qui permet à l’eau liquide de se transformer en vapeur);
- Le vent (qui disperse la vapeur d’eau);
- Une faible pression atmosphérique;
- Le taux d’humidité peu élevé;
- La surface de contact : plus il y a de cours d’eau, plus il y a d’évaporation.
La condensation
La condensation se produit lorsque la température diminue. Ainsi, la vapeur d’eau produite par l'évaporation monte dans l'atmosphère et se condense en gouttes d’eau (état liquide). Ce sont d'ailleurs ces gouttes d’eau qui forment les nuages. Il est également possible de voir ce phénomène au niveau du sol. En été, on peut remarquer tôt le matin la rosée (fines gouttelettes d'eau) sur le gazon. En hiver, on verra plutôt du givre (fin couche de glace) sur le sol, mais cela correspond aussi au phénomène de condensation.
Les précipitations
Lorsque les gouttelettes d’eau contenues dans les nuages deviennent trop lourdes, elles retombent sur Terre sous forme de précipitations. Selon la température, ces précipitations tombent sous forme liquide (pluie, bruine) ou sous forme solide (neige, grêle).
La transpiration (évapotranspiration)
L’eau liquide qui circule dans les végétaux passe également à l’état gazeux par un phénomène d’évaporation nommé transpiration. Ce phénomène s'applique aussi aux animaux, mais il est moins important que chez les végétaux dans le cycle de l'eau.
Le ruissellement
Le ruissellement désigne l'écoulement des précipitations sur le sol, sans qu'il n'y est d'infiltration. L'eau suit donc la pente du terrain sur lequel elle s'écoule. Ainsi, elle descend des montagnes jusqu'à ce qu'elle rencontre un cours d'eau (ruisseau, rivière, lac, fleuve, etc.). Éventuellement, toute l'eau de ruissellement aboutit dans un océan.
L'infiltration
Lorsque le sol est poreux, l'eau provenant des précipitations peut s'infiltrer à l'intérieur du sol. Selon l'importance des précipitations de la région, ces infiltrations peuvent mener à la formation de cours d'eau souterrains. C'est d'ailleurs grâce à l'infiltration que les plantes peuvent puiser l'eau qui leur est nécessaire grâce à leurs racines.
La circulation souterraine
La circulation souterraine est le déplacement de l'eau à l'intérieur du sol. Après l'infiltration, l'eau circule dans le sol afin d'atteindre éventuellement un cours d'eau. S'il y a accumulation de cette eau souterraine, on assiste à la formation d'une nappe phréatique.
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