La formation de la croûte continetale

[Jebediah Kerman]

Bonsoir à tous,

Je suis élève en Première S (pour scientifique), et nous sommes en train de voir le modèle de la tectonique des plaques, et, plus particulièrement, la théorie de l'expansion des fonds océaniques.
Alors voila, nous avons vu que la lithosphère océanique se forme au niveau des dorsales océaniques et replonge dans le manteau superieur dans les zones de subduction, le long du plan de Benioff.
Cependant, personne n'évoque la formation de la lithosphère continentale, et, en posant la question au prof, vient la célèbre répartie: "C'est pas au programme...". Je la demande donc à ce forum, à vous.

Comment se forme la lithosphère continentale?

J'ai fais quelques recherche sur google, et j'en suis au point de croire comprendre qu'il y a formation au niveau des zones de subduction, mais c'est tout...

Merci d'avance pour la réponse^^.

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[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Comment se forme la lithosphère continentale?

Excellente question

Je ne suis pas certain du programme scolaire en France donc n'hesites pas si j'aborde un concept que tu ne connais pas et que j'explique mal (par exemple: la differentiation magmatique).

Comparé a la croute oceanique (dont les parties les plus anciennes ont seulement 180 millions d'années, la croute continentale est vieille voire tres vieille (les coeurs des continents ont pres de 4 milliards d'annees). La principale raison a cela est que contrairement a la lithosphere océanique qui est régulierement recyclée dans les zones de subduction, la croute continentale est trop épaisse et trop legere pour etre subductée. Elle s'accumule donc en surface depuis les tout-débuts de la tectonique des plaques (et meme avant).

A l'origine, il y a de cela plus de 4 milliards d'annees, a l'Hadéen, la croute terrestre était plus ou moins homogene. Tres rapidement cependant, la cristallisation partielle du basalte (qui est le magma de base sur Terre), entraine la differentiation magmatique, et produit des magmas plus felsique (=> plus riche en silice notamment). Ces magmas felsiques (andésitique, rhyolitique) sont moins denses que le magma basaltique et on donc tendance a "flotter" et s'accumuler en surface.

La premiere proto-croute continentale etait née.


Mise en place de la premiere croute continentale il y a 4,4 milliards d'annees (vert = basalte; gris = basalte altere; orange & gris plus sombre = roche intermediaire et felsique) (Kemp et al., 2010).
Credit: GeoscienceWorld - Section 8. The First Crust; Lessons from the Jack Hills Zircons

Lorsque la tectonique des plaques s'est mise en place vers la fin de l'Archeen, cette croute continentale initiale a ete remaniée, mais est toujours en surface, car incapable de "couler" (=> subducter) dans le manteau. Le milieu des continents est donc formé de vieille lithosphere continentale, tres épaisse qui a servi de point de départ aux continents actuels qui ont commencé leur croissance autour de ces coeurs plus solides.


Distribution des cratons archéens sur Terre. En rouge les parties exposée des coeurs (cratons) archeens, en orange les parties supposées mais enfouies sous des roches plus récentes (souvent Proterozoique).
Credit: Hong Kong University

Depuis pres de 2,5 milliard d'annees, c'est en effet la subduction qui aide a la croissance des continents. La subduction de croute océanique entraine la formation d'un arc volcanique en surface. A nouveau, l'arc volcanique n'est pas de composition basaltique mais bien andésitique (donc trop léger pour couler). Au gré des changements de mouvements des plaques tectoniques, ces arcs volcaniques se comportent comme des radeaux sur la lithosphere océanique, et eventuellement, entrent en collision (ou acoste) avec une plaque continentale.


Mise en place de la cordillere nord-americaine. Chacune des differentes couleurs sur cette carte est un "micro-continent" formé ailleurs (principalement dans Panthalassa, l'océan qui a précedé l'océan Pacifique). Ces micro-continents sont d'anciens arcs volcaniques (comme l'Indonésie, le Japon ou les Caraibes actuellement) qui ont migrés vers l'ancien coeur précambrien nord-americain et sont entrés en collision avec ce dernier (la ligne rouge represente la limite de cet ancien coeur). Les unités les plus a l'est (jaune, vert) sont donc les plus anciennes alors que celles proches de la mer sont plus récentes.

T-K

[Jebediah Kerman]

Salut!

Alors je crois avoir a peu près compris...
À la base, il n'y avait ni croûte continentale ni croûte océanique, mais une seule croûte, homogène et universelle. Ensuite, à cause de la différentation magamtique(???), des roches plus felsiques(comment, quoi?), sont crées. Moins denses que les autres roches sur Terre, elles ne s'enfoncent pas dans l'asthénosphère et forment l'ancêtre des continents actuels. Puis des arcs volcaniques(???, comment se créent t'ils?) ont pris le relais et ont expulsés des roches. Ces roches, n'étant pas soumises à la subduction, s'accumulent maintenant?

C'est pas encore très clair, je ne vois pas pourquoi le basalte se cristallise par exemple, ou ce qu'est la différentioation magmatique.

Voila, sinon merci beaucoup^^!

[Tawahi-Kiwi]

C'est pas encore très clair, je ne vois pas pourquoi le basalte se cristallise par exemple, ou ce qu'est la différentioation magmatique.

Ce ne sont pas forcement des concepts faciles et c'est tout a ton honneur de vouloir les comprendre.

Ensuite, à cause de la différentation magamtique(???), des roches plus felsiques(comment, quoi?), sont crées.

La differentiation magmatique est un processus principal qui donne naissance a la varieté de magma que l'on trouve sur Terre.
Lorsque le manteau fond pour produire du magma, il ne peut produire qu'une seule chose: du magma basaltique. Pourtant on observe sur Terre de nombreux autres magmas qui ne sont pas basaltiques (andesites, dacites, rhyolites, qui sont particulierement présents dans les volcans explosifs).

Il y a quelques concepts a introduire pour saisir le processus
1: un liquide complexe (ex: magma) ne se solidifie pas a une temperature unique mais sur un intervalle de temperature.
2. La cristallisation d'un liquide complexe produit un assemblage complexe de phases solides (les minéraux) (ex: magma granitique solidifie en un assemblage de quartz, feldspaths, micas,...).
3. L'intervalle de temperature de cristallisation d'un mineral spécifique est limitée. Certains minéraux apparaissent donc en début de refroidissement, d'autre a la fin. La sequence de cristallisation classique est appellée "série de Bowen" (Olivine --> Pyroxene --> Amphibole --> Mica --> Feldspath alcalin + Quartz <-- Feldspath calcique).

Serie de Bowen montrant l'ordre d'apparition des mineraux lors du refroidissement d'un magma
Credit: horts-geo-page wikispace

Lorsque le magma basaltique refroidit lentement, la cristallisation s'étale sur 200-300ºC de refroidissement. Ce qui arrive souvent (particulierement dans la croute non-océanique), c'est que alors que le magma basaltique est a moitié cristallisé, la partie solide (les cristaux) sont alors separés de la partie liquide (le magma residuel). Partie solide et parte liquide ont differentes compositions*, et la partie liquide n'est alors plus basaltique mais andesitique.
Avec ce magma andesitique, le meme processus peut se repeter, et on peut avoir un magma granitique par exemple, en laissant a nouveau les cristaux se deposer ailleurs.


Systeme magmatique du Mt. Rainier. A la base de la croute, une large chambre magmatique basaltique est presente. De celle-ci, une quantite de magma non cristallise est extrait, permettant une premiere etape de differentiation. Une seconde etape de differentiation a lieu plus haut dans la croute.
Credit: GSA Bulletin

Pour la partie mafique/felsique: Mafique s'applique aux basaltes, cela décrit plus particulierement les magmas (et les roches) qui sont riches en fer, magnésium et pauvre en silice. Felsique décrit l'inverse: une roche/magma riche en silice et pauvre en fer & magnésium.

Comme les premiers cristaux formés tot dans le refroidissement d'un basalte sont typiquement riche en fer & magnésium et pauvre en silice, le magma résiduel s'enrichit en silice et s'appauvrit en fer & magnésium. Le magma résiduel devient donc plus felsique que le magma initial (*).

Moins denses que les autres roches sur Terre, elles ne s'enfoncent pas dans l'asthénosphère et forment l'ancêtre des continents actuels.

Oui. Moins de fer & magnésium dans ces roches les rends moins denses, suffisamment pour etre certains qu'elles ne s'enfoncent jamais dans le manteau

Puis des arcs volcaniques(???, comment se créent t'ils?) ont pris le relais et ont expulsés des roches. Ces roches, n'étant pas soumises à la subduction, s'accumulent maintenant?

Disons qu'il y a 3 étapes dans le regime tectonique de la Terre:
1. L'Hadéen (4,5 a 4 milliards d'annees) ou la proto-croute continentale est formée a partir d'une croute homogene. La Terre était alors tres differente.
2. l'Archéen (4 a 2,5 milliards d'annees) ou la Terre est faite de micro-plaques avec de nombreuses subductions et beaucoup de volcanisme. La Terre était plus chaude a l'époque, la surface était donc considerablement plus active.
3. Le Protérozoique & Phanérozoique (2,5 milliards d'annees a nos jours) ou la Terre entre dans le régime classique de Tectonique des Plaques, avec de longues zones de subduction le long de plaques relativement grandes.

(2) et (3) fonctionnent essentiellement de la meme maniere, mais a des échelles differentes et la nouvelle croute est formée au travers des arcs volcaniques.

Dans une zone de subduction, la lithosphere océanique plonge dans le manteau, comme tu le soulignes dans ton premier message. La température a une centaine de kilometres de profondeur est suffisante pour deshydrater/fondre la lithosphere subductée et le manteau environnant. Le magma formé atteint la surface et forme un arc volcanique (Japon, Indonesie, Caraibes, Andes,...). Au sein de cet arc volcanique, la differentiation magmatique a lieu permettant la formation de roches felsiques qui participeront a la croute continentale une fois accretée sur les bordures des continents.


Coupe d'une zone de subduction, avec la lithosphere oceanique subductee, la production de magma et la formation d'un arc volcanique en surface
Credit: USGS

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jebediah Kerman]

Bonjour matinal et merci!

Donc, si je comprends bien, les continents sont en constante, et très lente expension, et la lithosphère océanique se transforme, elle aussi, très lentement, en lithosphère continentale?

merci^^.

[Tawahi-Kiwi]

Donc, si je comprends bien, les continents sont en constante, et très lente expension,

Tout a fait en moyenne depuis le debut de l'Archeen, cette croissance est de 1,6 km³/an. Neanmoins la plupart de cette croissance a eu lieu a l'Archeen, et le processus se ralenti doucement, mais il y a une croissance.

la lithosphère océanique se transforme, elle aussi, très lentement, en lithosphère continentale?

La lithosphere oceanique est formee en permanence par le manteau. Une petite partie est utilisee pour la formation de la lithosphere continentale; le reste est entierement recycle dans le manteau.

T-K