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Caractéristiques de la croûte continentale

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Introduction :

La croûte continentale recouvre environ 45 % de la surface terrestre. Elle correspond aux terres émergées, aux plates-formes et aux talus continentaux. Les plates-formes et les talus continentaux sont des parties de la croûte continentale que l’on retrouve sous les océans. Il y a de nombreuses différences entre les croûtes océaniques et continentales. La croûte continentale est plus épaisse, de densité plus faible et plus ancienne.

Nature de la croûte continentale

L’étude de la structure des parties les plus superficielles de la croûte continentale se fait en observant les coupes naturelles qu’offrent les montagnes. Il existe également quelques forages, qui sont utilisés généralement pour exploiter les hydrocarbures. Par contre, ces forages ne peuvent pas atteindre une profondeur supérieure à 13 km. Pour les profondeurs plus importantes, des méthodes géophysiques comme la sismologie sont utilisées.
Alors comment est formée la croûte continentale ?

Pour commencer on peut dire que la croûte continentale est de nature solide car les ondes secondaires s’y propagent. Ces ondes ont la particularité de se propager uniquement dans les matériaux solides.

La croûte continentale est formée de plusieurs couches :

Schéma de la croûte continentale Schéma de la croûte continentale

  • Le première couche est la croûte superficielle. Il y a beaucoup de données sur cette première couche car c’est la plus accessible.

Cette couche est composée essentiellement de roches sédimentaires. Ces roches proviennent de l’accumulation de sédiments qui se déposent en couches.

Les sédiments sont formés par l’accumulation par le phénomène de gravité de petites particules en suspension dans l’air ou dans l’eau. Des exemples de roches sédimentaires sont les calcaires, les grés et les argiles.

On retrouve également des roches magmatiques dans cette couche superficielle. Les roches magmatiques sont issues du magma qui se refroidit et se solidifie. Cela peut arriver lorsque le magma entre en contact avec l’atmosphère ou l’eau. Ce processus peut aussi se produire en profondeur de la Terre. La croûte continentale est essentiellement composée de granite alors que la croûte océanique contient surtout des basaltes et des gabbros plus en profondeur.

  • La deuxième couche est composée de roches métamorphiques.
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Définition

Roche métamorphique :

Une roche métamorphique est une roche qui va se modifier suite à l’élévation de la température et de la pression.

Ce sont donc à l’origine des roches sédimentaires ou magmatiques qui subissent une modification minéralogique et structurale, il y a re-cristallisation de la roche.

À différentes profondeurs de la Terre, la pression et la température ne seront pas les mêmes. Il y a donc des roches métamorphiques différentes et beaucoup de gneiss dans la croûte continentale.

  • Le manteau est lui constitué de péridotite qui est une roche magmatique verte contenant beaucoup d’olivine et de pyroxène.
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À retenir

L’utilisation d’ondes sismiques permet de savoir que le Moho, qui est la jonction entre la croûte et le manteau supérieur, peut être à une profondeur qui varie entre 30 km et 70 km sous les montagnes. Ici encore, il y a une différence avec la croûte océanique qui a une épaisseur moyenne de 7 km.
De plus, la densité de la croûte continentale est d’environ 2,8. Elle est donc moins dense que la croûte océanique de densité 2,9.

Âge de la croûte continentale

Pour déterminer l’âge de la croûte continentale, les scientifiques utilisent le principe de radiochronologie, qui repose sur la radioactivité naturelle des roches.

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Définition

Radioactivité :

La radioactivité, c’est le fait qu’un noyau d’atome se transforme pour donner un autre élément. On dit que le noyau se désintègre.

Il existe des radioéléments naturels et artificiels.

Les minéraux des roches magmatiques contiennent en très faible quantité du rubidium, notée $\text{Rb}$, et du strontium, notée $\text{Sr}$. Ces deux éléments existent sous la forme de plusieurs isotopes.

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À retenir

Les isotopes sont des éléments de même numéro atomique, ils ont donc le même nom, mais ils diffèrent par leur masse atomique.

Parmi les isotopes de rubidium présents dans les roches, seul l’un d’eux, le 87$\text{Rb}$ est radioactif. Il se désintègre en 87$\text{Sr}$ qui est lui stable. Les autres isotopes stables présents dans les roches sont : 85$\text{Rb}$, 84$\text{Sr}$, 86$\text{Sr}$ et 88$\text{Sr}$.

  • La radioactivité se fait dans un système clos, cela veut dire que le nombre d’isotope ne va pas varier dans le temps, c’est leur nature qui varie.
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À retenir

Un isotope est caractérisé par sa période ou demi-vie, notée T, qui est le temps au bout duquel il ne reste plus que la moitié des isotopes pères présents au départ.

  • Pour dater une roche il faut donc mesurer la quantité d’isotope fils présent.

Pour faire ces mesures, on utilise un spectromètre de masse.

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Attention

Il ne faut pas oublier que l’isotope fils peut être présent dans la roche indépendamment de la radioactivité de l’isotope père. C’est-à-dire qu’il peut être présent depuis la création de la roche.

Au cours du temps, la quantité de $^{87}\text{Rb}$ diminue proportionnellement à l’augmentation de la quantité de $^{87}\text{Sr}$. La quantité de $^{86}\text{Sr}$ quant à elle est stable, elle ne change pas au cours du temps.

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À retenir

Le rapport $^{87}\text{Rb} \ / \ ^{87}\text{Sr}$ diminue alors que le rapport $^{87}\text{Sr}\ / \ ^{86}\text{Sr}$ augmente à mesure que $^{87}\text{Rb}$, l’isotope père, se transforme en $^{87}\text{Sr}$, l’isotope fils.

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Exemple

Graphique

Prenons un graphique qui a pour abscisse $^{87}\text{Rb} \ / \ ^{87}\text{Sr}$ et pour ordonnée $^{87}\text{Sr}\ / \ ^{86}\text{Sr}$.

Maintenant, prenons les points M1, M2 et M3 qui correspondent à la quantité des trois éléments dans plusieurs minéraux de la roche que l’on souhaite dater.

On obtient une droite qui peut s’exprimer sous la forme de $y=ax+b$, où $a$ est le coefficient directeur de la droite.

  • La droite obtenue est appelée droite isochrone.

À $t_0$, la droite qui relie les trois points est de coefficient directeur $a=0$.

Lorsque le point M1 passe au point M1’, la quantité de $^{87}\text{Rb}$ diminue alors que celle de $^{87}\text{Sr}$ augmente. Cela représente la dégradation de l’isotope père en isotope fils. L’écart entre les deux droite qui correspond au coefficient directeur $a$ de la droite en pointillés représente donc le temps, c'est-à-dire l’âge de la roche.

  • Plus la droite est pentue, plus la roche est vieille.

Si l’on fait une application numérique, on peut dire que l’âge de la roche est égale à $ln(a+1)/λ$ où $λ$ est une constante liée à la demi-vie de l’élément.

La datation des roches par radiochronologie a montré que les roches de la croûte continentale peuvent dater de 4 milliards d’années. La croûte océanique est moins vieille car elle ne date que de 200 millions d’années.

Conclusion :

Il existe de nombreuses différences entre les croûtes océaniques et continentales. D’abord dans leur composition, la croûte continentale compte comme roches principales du granite qui est une roche magmatique et du gneiss qui est une roche métamorphique. La croûte océanique est faite principalement de basalte et de gabbros qui sont des roches magmatiques. On note aussi une différence au niveau de l’épaisseur de la croûte, environ 7 km pour la croûte océanique contre 30 à 70 km pour la croûte continentale.

Enfin, la datation des roches par radiochronologie a permis de mettre en évidente que la croûte continentale est beaucoup plus vieille que la croûte océanique.