couplages tectonique -erosion - géosciences montpellier · exercice 2 : dessiner l’évolution...
TRANSCRIPT
Couplages Tectonique –ErosionDistribution
log E = 2.65log(p2 / P) + 0.46 log H tanα −1.56
Production de sédiment
Précipitation durant le
mois le plus humide
Précipitation annuelle moyenne
Hauteur moyenne du bassin versant
Pente moyenne
Forçage tectonique
Interactions Asthénophère-Lithosphère
Processus externesFriction
Rhéologie
Géométrie des interfaces
Structurethermique
Composition
Croûte Sup.
Croûte Inf.
Manteau
Couplage tectonique - érosion
Couplages Tectonique -Erosion
Quelques concepts …
Les processus
Couplages et rétro-actions
Mesure
L’exemple himalayen
Quelques concepts
• Altitude: hauteur par rapport au niveau moyen des mer. Affecte directementl’érosion et l’altération via la température.
• Pente: gradient spatial de l’altitude. Elle contrôle la stabilité des flancs d’une montagne et la capacité de transport.
• Relief: Contraste entre le minimum et le maximum d’altitude dans une région. Il contrôle le taux d’érosion régional le flux de sédiment. En général altitude et relief sont bien corrélés, excepté les hauts plateaux comme le Tibet ou l’Altiplano.
•• Important:Important: une montagne est caractérisée par son relief pas par son altitude. Une zone de haute altitude et de faible relief est un plateau.
Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts
• Surrection/subsidence– Déplacement vertical de la croûte
• Accumulation/dénudation– Changement vertical de la position de la surface par rapport à un
point matériel de la croûte•• Important:Important: le changement d’altitude d’un point en surface est la somme
d’un changement lié à une surrection/subsidence et à uneaccumulation/denudation.
Surrection
DénudationΔAltitude =
Surrection + Dénudation
Altitude
Couplages Tectonique –Erosion
Exercice 1 :
Quelle quantité de matière est-il nécessaire d’éroder pour diminuer l’altitude d’un haut plateau de 1 km ?
ρcroûte
ρcroûte
ρmanteau
ρairhtopo
hracine
P1 P2
( )
topotopocroûtemanteau
croûteracine
racinemanteauracinetopocroûte
hhh
hhhPP
7
21
≈⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
=⇔
=+⇔=
ρρρ
ρρ
Exhumation
Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts
En cartant les maxima locaux de la topographie (lignes de partage), un relief peut être divisé, à toutes les échelles (du mètre à 1000 km), en bassins drainant, chacun étant associé à un réseau de drainageprincipal le long duquel est chenalisé le ruissellement de surface.
Couplages Tectonique –ErosionProcessus
Principes de base
1. Equilibre ou quasi-équilibre entre la forme de la topographie et les mécanisme exogènes et endogènes responsables de cette forme.
2. Cet équilibre est créé et maintenu par l’interaction entre les énergies (cinétique et potentielle), les forces et la résistance des milieux.
3. Des seuils existent.4. Les processus sont couplés et de nombreuses rétroactions existent.5. Ces processus ont lieu à différentes échelles spatiales et temporelles.
Couplages Tectonique –ErosionProcessus
Qu’est-ce qui contrôle la stabilité d’une pente ? - la pente- la lithologie- des précipitations
Couplages Tectonique –Erosion
Exercice 2 :
Dessiner l’évolution post-orogénique du profil topographique suivant, en considérant une érosion dépendant de la pente et une érosion de type diffusion.
Couplages Tectonique –ErosionProcessus
Lois d’érosion
IsostasiaS(x,y,t)Q(x,y,t)K(x,y,t)U(x,y,t)
dtdh(x,y,t) nm ±⋅⋅−=
Taux de surrection
Erodabilité Débit des rivières
Pente
Couplages Tectonique –ErosionProcessus
L’altération et l’érosion dépendent de
- la température- l’altitude- des précipitations- la couverture végétale- la lithologie- la pente- …
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1
L’érosion est couplée à l’altitude
- Il existe une corrélation, certes imparfaite, entre altitude et pente, ce qui favorise l’altération mécanique et le transport.- L’altitude favorise l’altération via le processus de gélifraction.- La pluviométrie augmente avec l’altitude (effet orographique).- La végétation diminue avec l’altitude, ce qui réduit la stabilisation des pentes via les racines des arbres.
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1
En l’absence de tectonique l’érosion tend à faire disparaitre les reliefs. On parle de rétro-action négative.
Peulvast & Sales, 2005
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2
Altitude et érosion sont couplées au climat
- La topographie perturbe la circulation atmosphérique- Climat froid: les glaciers sont des agents d’érosion et de transport de sédiments très efficaces.- Climat chaud: l’altération chimique est accélérée.- Climat humide: Erosion mécanique et chimique sont favorisés.
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2
La surrection du plateau tibétain a engendré le régime de mousson.Le soleil d’été sur le plateau cause une zone de upwelling (air chaud et sec) qui en rencontrant les masses d’air océanique engendre des pluiesimportantes.Au Népal, plus de 90% des précipitations ont lieu entre juin et septembre.
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2
Le flux de sédiment a augmenté d’un facteur ~10 depuis 40 Ma.
Apporte des nutriments dans les océans
Relâche du CO2 dansl’atmosphère
Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 3
L’érosion est couplée à la surrection
- A cause de l’isostasie, l’ajout de masse à la surface de la Terre engendre un approfondissement du Moho.- A l’inverse l’érosion, en allégeant la croûte, engendre une diminution de la profondeur du Moho.- La compensation isostatique a une longueur d’onde supérieure à ~100 km. C’est la masse moyenne de la croûte à cette échelle qui détermine la réponse isostatique à l’érosion.- Donc l’érosion dans les vallées est responsable de l’élévation d’altitude des sommets.
TectoniqueErosion
Formation des reliefsModification du climat
Modification de la topographie Nouvel équilibre isostatique
Dynamique orogénique
Couplages Tectonique –ErosionMesure
Les vitesses actuelles sont estimées à partir de mesures géodésiques :GPS, InSAR, nivellement, …
Pour estimer une vitesse à plus long terme il est nécessaire de mesurer des marqueurs et déterminer leur âge:- Thermoluminescence- datation 14C- Cosmonucléïdes 10Be, 26Al, 36Cl
L’Homme et l’érosion• Comprendre les processus de surface est essentiel car nous
vivons à la surface de la Terre et que nos vies peuvent être affectées (parfois de façon catastrophique) par ces processus.
- Les pentes contrôlent en grande partie l’accumulation des sols et donc si une terre est cultivable
- Les pentes contrôlent les glissements de terrain- Les montagnes affectent le climat
• L’action de l’homme est également un processus majeur de l’évolution géomorphologique
- Culture en terrasses depuis des milliers d’années- Barrages hydrauliques- Aménagement du territoire- Evolution du climat