Cours 1: La Terre Primitive PDF

COURS 1: LA TERRE PRIMITIVE Origine et Formation de la Terre: ​ Big Bang: 13,7 milliards d’années passé → où le volume de l’univers a exponentiellement augmenté, pas de matière Formation de noyaux: 3 minutes suivant le BB → Quarks, (des noyaux de H + He) peuvent former ​ Formation des atomes...

COURS 1: LA TERRE PRIMITIVE Origine et Formation de la Terre: ​ Big Bang: 13,7 milliards d’années passé → où le volume de l’univers a exponentiellement augmenté, pas de matière Formation de noyaux: 3 minutes suivant le BB → Quarks, (des noyaux de H + He) peuvent former ​ Formation des atomes: 700 000 ans après le BB → Expansion de l’univers, (baisse de température, a un point où les électrons peuvent s’attachés aux noyaux de H et He) → Univers = soupe de gaz et poussière (matière) Formation des étoiles et des galaxies: 200 millions d’années après le BB ​ La matière s’agence pour former des blocs, lesquels entrent en collision pour former les étoiles et galaxies avec la gravité → Il y avait des endroits dans l’univers avec plus de masse, de noyaux, plus la masse est grande et concentré, plus il y a d’attraction → Les étoiles et les galaxies sont formés où la masse était plus concentré, les collisions continuel crée la chaleur, et c’est ça comment l’étoile naissent par fusion, (essentially lights on fire) Origine et Formation du système solaire: ​ Masse diffuse de gaz et poussières: 6 milliards d’années passé → En rotation → a formé un disque de gaz et de poussières ​ Formation du proto soleil: → Accrétion de la matière au centre de la nébuleuse (du disque tournant) → Réchauffement du centre de la nébuleuse en rotation (hausse de T et P) → Fusion nucléaire (plusieurs noyaux s’agencent pour en former un plus lourd, (émis d’énergie) ​ Formation des protoplanètes: petit corps solides → Agrégation de la matière dans le disque → Refroidissement graduel du disque, (refroidissement de l’océan de magma) Le Système Solaire: ​ Naissance du Soleil et la formation des planètes, (4.55 milliards d’année passé → Attraction finale des débris interplanétaires autour du soleil (nettoyage) ​ Planète tellurienne: toute fait de roche, plus dense, (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Pluton) ​ Planète jovienne: noyaux de roche, mais le reste est gazeux, (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) Voir Image sur la formation du système solaire Origine et Formation de la Lune: ​ Hypothèses antérieures: coaccrétion à partir du disque solaire?, fission d’une partie de la terre par centre centrifuge?, capture d’un astéroïde? ​ Hypothèse actuelle: hypothèse de l’impact géant il y a 4,526 milliards d’années passé → Collision entre la terre et une autre planète naissante nommée Théia (taille de Mars) → Matériel éjecté en orbite autour de la terre et accrété pour former la lune ​ Composition de la Lune et de la Terre sont très similaires, donc probablement un mélange et fusion lors de la collision ​ L’énergie relâchée lors de l’impact et de la réaccrétion → océan de magma sur la Terre, Lune → Différentiation de la Lune: croûte, manteau, noyau La Lune: ​ Distance Terre-Lune: 22 500km → 384 000 km → marées était plus fortes et plus fréquentes dans le passé ​ La Lune ralenti le rotation de la terre, la durée d’une journée augmente donc graduellement → 4.5ga 1 jour = 6 heures, 2.5ga = 12 heures, 400ma = 22 heures, aujourd’hui = 24 heures Différentiation de la terre primitive et le bouclier magnétique: ​ La Terre primitive est très chaude: impacts rend l’énergie cinétique → thermique → éléments radioactifs très abondants et peu désintégrés ​ Dès 4,45ga, l’océan magmatique initialement homogène se différencie → éléments dense de Fe, Ni, au centre (créant le noyau métallique) → éléments moins denses de silicates, (créant la surface manteau) Bouclier magnétique: ​ La plus vieille trace de magnétisme: 4,374ga en Australie, donc le champ magnétique serait apparu très tôt dans l’histoire de la terre, la plus vieille affair sur terre, (zircon de Jack Hills) → Le magnétisme a été enregistré sur cet zircon, voulait dire qu’à ce temps, la terre était magnétique ​ Le lien entre le magnétisme et la différenciation de densité? le champ magnétisme provient du mouvement du fer liquide dans le noyau de la terre ​ Le noyau métallique était probablement au moins partiellement liquide → mouvements de fluides → courants électriques → champ magnétique Différenciation de la terre primitive et bouclier magnétique: ​ C’est le moment capital pour l’atmosphère et la vie sur terre puisque le champ magnétique a dévie les vents solaires et a ainsi: → permis de retenir des éléments légers, (H, O, N), formation et maintien de l’atmosphère → protégé les 1ers formes de vie des particules ionisées des vents solaires et du rayonnement cosmique ​ Le champ magnétique nous protège des vents solaires, permet la vie avec la rétention de O Apparition de l’eau sur la Terre: ​ Évidences d’eau liquide sur Terre dès 4.4ga, basé sur le zircon d’Australie, aussi les océans → Hypothèse 1 météorite et ou comètes: peuvent contenir 80$+% eau ou glace ​ à la fin de l’accrétion, ces corps célestes auraient percuté la Terre, eau vaporisée et retenir dans l’atmosphère ​ Une fois la T à la surface baisse, l’eau s’est condensée pour former les océans ​ Mais, le deutérium de l’hydrogène des comètes ne correspond pas à celui de la Terre → Hypothèse 2 dégazage du manteau: eau originalement présente dans la nébuleuse solaire ​ Pendant et suite à l’accrétion, l’eau se trouve stockée dans le manteau sous forme de minéraux silicatés hydratés et des gaz dissouts dans le matériel en magna (H et O) ​ Éruptions de lave émettent ces gaz, (H20, H et O) dans l’atmosphère → Condensation et pluies torrentielles pendants des millions d’années ​ Théorie plus accepté de la source de la majorité de l’eau sur terre → gasses condensed in the liquid magma of the forming earth, that was ejected through volcanoes, and when the T dropped, the water rained back down on earth to form the oceans, over millions of y) Atmosphère de la Terre primitive: ​ Composés volatiles libérés par dégazage du manteau ​ Atmosphère irrespirable: eau, méthane, ammoniac, hydrogène, dioxyde d’azote, dioxyde de carbone, dioxyde de soufre, etc → 250 fois plus dense qu’aujourd’hui, gaz à effet de serre des dizaines de fois plus élevées d’aujourd’hui, soleil 25-30% moins fort qu’aujourd’hui Plus vieilles roches sur terre: ​ Slave Craton au Territoires du N-O, 4,03 et 4,3ga au Québec Premières Évidence de vie sur Terre: ​ Jusqu’à plus récemment, plus vieux fossiles sont les stromatolites du Groenland, (3,7ga) → première évidence de structures faite par les stromatolites, (bactéries) ​ Aussi, graphite biogénique dans des roches métasédimentaires du Groenland, (3,7ga) → signature isotopique, structure cristalline ​ Structure en formes de tubes et filaments laissés par des micro-organismes fossilisés (bactéries) dans des roches métasédimentaires du Nuvvuagittuq, (3,8 - 4,3ga) COURS 2: STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE Diviser l’intérieur de la terre selon: ​ Composition chimique: croûte, manteau, noyau ​ Propriétés physiques: lithosphère, asthénosphère, mésosphère, noyau → learn the schéma on slide 4, exam SELON LES PROPRIÉTÉS CHIMIQUES ​ Croûte (2%): croûte continentale et croûte océanique ​ Manteau (81%): manteau supérieure, manteau inférieur ​ Noyau (17%): noyau externe, noyau interne Croûte: continentale vs océanique ​ continentale: 30% de la surface terrestre, épaisse de 40-70km, peu dense, felsique à intermédiaire, (- Mg, Fe) roches ignées et métamorphiques, couverture de roches sédimentaires → felsique: moins dense, roches pâles ​ océanique: 70% de la surface terrestre, épaisse 6-10km, plus dense, mafique, (+ Mg, Fe) roches ignées, couverture de sédiments (ocean floor) → mafique: (ma) magnésium, (fique) fer, plus dense, roches foncés ​ 9 éléments les plus abondants dans la croûte continentale: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti Le diviseur entre croûte et manteau: ​ C’est la Discontinuité de Mohorovicic (Moho) = limite entre la croûte et le manteau → contraste de densité, changement de composition chimique ​ Croûte (fait de silicates felsiques et mafiques de faible à moyenne densité) → Discontinuité de Moho → manteau (faite de silicates ultramafiques de haute densité) Manteau: supérieur vs inférieur Composé de silicates denses ultramafiques, (beauuuuucoup de Mg et Fe) ​ supérieur: péridotite à olivine, partie superficielle (top layer) = solide, reste = plastique ​ inférieur: péridotite à pérovskite, solide, (très très très visqueux, peut s’écouler, du à convection) ​ Éléments les plus abondantes: O, Si, Mg, Fe, Al, Ca, NA, (no need to memorize) Convection dans le manteau: ​ Augmentation de la T dans le manteau = beaucoup plus graduelle que dans la croûte ​ T dans le manteau = beaucoup plus homogène que dans la croûte ​ Il faut un moyen de répartir cette chaleur, mais les roches sont des mauvais conducteurs de chaleur → CONVECTION, (comment le manteau distribue cette chaleur) → Car les particules chaudes sont moins denses et monte, les particules froids plus dense baisse ​ Sources de chaleur: chaleur accumulé suite à la collision de particules lors de la formation de la terre, désintégration radioactive ​ modèles de convection: dans tout le manteau, en couches Le diviseur entre le manteau et le noyau: ​ Discontinuité de Gutenberg = limite entre le manteau et le noyau externe → contraste majeur de densité, changement majeur de composition chimique ​ manteau: silicates ultramafiques, densité élevé → discontinuité de Gutenberg → noyau ​ noyau: fer métallique, densité très élevé Le Noyau: ​ Composition de Fe et Ni, (pas de silicates), très très dense, rayon de 3486 km (plus gros que Mars, à cause de Théia) ​ Distingue les noyaux externe et interne: externe, (Fe, Ni + S + O), interne, (Fe, Ni), (no need) SELON LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ​ Lithosphère, Asthénosphère, mésosphère, noyau La Lithosphère: ​ lithos = pierre → sphère de pierre ​ Elle est rigide et froid, correspond à la croûte et la partie superficielle du manteau supérieur → Plus épaisse sous la croûte continentale que la croûte océanique, flotte sur l'asthénosphère → Divisée en plaques tectoniques, ou lithosphériques L’Asthénosphère: ​ asthenos = sans résistance → sphère sans résistance ​ chaude et ductile (plastique) ​ correspond à la majeur partie du manteau supérieur, la partie plastique, (sous la partie superficielle) Mésosphère: ​ Meso = milieu → sphère du milieu ​ Correspond au manteau inférieur: chaude et solide Le Noyau: ​ Distingue les noyaux externe et interne → externe: liquide, visqueux comme l’eau, océan de fer → interne: solide, pourquoi?, car l’augmentation de pression ​ Le manteau solide → va au noyau externe liquide comment?: les matériaux formant le noyau ont une T de fusion plus basse que celle des matériaux dans le manteau Le Magnétisme terrestre: ​ La terre agit comme un dipôle magnétique (gigantesque aimant) ​ Lignes de forces magnétiques tout autour de la planète établissant un champ magnétique ​ L'aiguille d’une boussole s’aligne selon les lignes de force (Nord-Sud) → permet à l’homme de naviguer, certains animaux l’utilise pour s’orienter, dévie de la terre des radiations cosmiques néfastes (vents solaires) Comment est-il créé: 1.​ Les matériaux dans l’océan de fer du noyau externe liquide produisent des différences de densité 2.​ Ces différences induisent des mouvements de convection de matériaux conducteurs (fer) dans le noyau externe 3.​ La convection de cette fer liquide crée des courants électriques 4.​ Ces courants électriques créent le champ magnétique terrestre Aurores Boréales: ​ C’est la réaction entre les gaz atmosphériques et les vents solaires qui réussissent à pénétrer le champ magnétique dans l’espace, (mais la plupart des vents sont déviés, comme dit en haut) Les météorites: it's how we know the core is made of iron ​ Tout objet extraterrestre venant de l’espace et qui frappe la Terre ​ météore vs météorite? météore devient météorite quand elle frappe la terre → étoile filante c’est la météore qui combuste avant de devenir météorite → vient des astéroïdes et des comètes, puisque les astéroïdes sont des morceaux de planète en formation Types de Météorites: ​ ferreuses, ferreuses-pierreuses, pierreuses → ferreuse: fer et nickel, très dense, fragments du noyau de gros astéroïdes ou petits planètes → ferreuse-pierreuses: alliage de fer-nickel minéraux silicatés ultramafiques, fragment du noyau-manteau → pierreuses: similaires aux roches trouvés sur terre, mafiques et ultramafiques, manteau et croûte O Astéroïdes: ​ Petits corps célestes en orbite autour du Soleil et retrouvés principalement entre Mars et Jupiter dans la ceinture d'astéroïdes, (they couldn’t form a planet because of Jupiter’s mass) Les Diamants: ​ Retrouvés dans des roches appelé kimberlites → roches ignées ultramafiques dont le magma provient de la fusion partielle de l’asthénosphère ​ présentes dans la croûte terrestre sous forme de diatrèmes, (kimberlite pipes) ​ Kimberley, Afrique du Sud, mine à ciel ouvert de diamant ​ Minéral le plus dur sur terre, 25% vont vers les bijoux, Russie, Congo, Australie, Canada, AS Formations des diamants: ​ Carbone transformé en diamant à la base de la lithosphère, sous des pression et T extrême ​ Remontée rapide de magma ultramafique à partir de l’asthénosphère à travers la lithosphère → capture de diamants, (highway of magma from the manteau supérieur that brings them to the top) ​ Éruption volcanique explosive à partir du tuyau, cristallisation (refroidissement) du magma dans ce tuyau est comment les kimberlite forme COURS 3: LE TEMPS GÉOLOGIQUE L’Échelle géologique: ​ Le temps matérialisé par des successions de roches ​ gotta know précambrien, (algues), paléozoïque, (plantes) mésozoïque, (reptiles) cénozoïque, (mammifères) → C’est grâce aux algues que la vie s’est oxygéné, avec la photosynthèse → Arbres apparaissent dans la paléozoïque → Mésozoïque c’est l’âge des dinosaurs, (extinction 65 ma) ​ Ont sait que l’impact est réel à cause de datage de couche riches en Iridium, (élément rare sur terre mais riches dans les astéroïdes), et le cratère, évidemment Datation relative: ​ Moyen d’établir l’ordre chronologique de la formation de corps géologiques, en utilisant d’autres événements comme référence → Principe de superposition des couches, principe de recoupement ​ superposition des couches: séquence sédimentaire dans les limites d’un bassin où les sédiments sont déposés en couches horizontales, les lits plus anciens étant en bas ​ principe de recoupement: corps géologique qui recoupe un autre corps qui est forcément plus jeune que la roche coupé Les Discordances: ​ Surface d’érosion ou de non déposition qui sépare deux corps ou couches différentes → la couche inférieure est exposé et érodé, AVANT la déposition nouvelle de la couche supérieure, qui est plus jeune ​ Cette surface diviseur est appelé la discordance → Sa implique une absence d’archive géologique pour un certain temps, car la couche par-dessus la discordance sont beaucoup plus jeunes que la couche en-dessous de la discordance ​ Puzzles on exam Datation Absolue: ​ Attribuer un âge précis numérique (années) aux roches → obtenu par des méthodes radiométriques, basées sur la décompositions d’éléments radioactifs (isotopes) ​ Isotopes: atomes ayant le même nombre de protons, (et atomes du même élément chimique) MAIS un nombre de neutrons différent, et à cause de cela, une masse différente → L’isotope en essayant de se libérer de cet excès, s'intègre dans un élément plus stable ​ exemple du zircon: → Zr peut être substitué par U radioactif, lors de sa cristallisation, le minéral incorpore U, mais pas Pb stable → U commence à se désintégrer et former, c’est le rapport entre le Pb U (rejeton et parent) qui indique combien de temps de fait la désintégration (le moment où le zircon a cristallisé = âge) ​ Cuz we know how long it takes for Uranium to become Pb, (the rate at which that happens) Par Exemple: ​ Demie-vie c’est le temps ca prend pour la désintégration arrive → C prend 5730 ans, mais K, U, Rb prend des milliards d’années COURS 4: LES SÉISMES Définition: ​ Secousse de la surface terrestre causée par le relâchement soudain de l’énergie emmagasinée dans les roches souterraines → déformation élastique: contrainte non-permanent, (plie mais casse pas) → déformation cassante: contrainte permanent, a atteint sa limite d’élasticité, (point de rupture) ​ Donne un relâchement instantané d’énergie Origine: ​ Accumulation de contraintes dans la lithosphère, (roches courbées, déformation élastique) → Atteint sa limite d’élasticité = rupture de la lithosphère = faille = relâchement soudain de l'énergie emmagasinée = séisme → L’épicentre c’est en haut du foyer, (l’endroit souterrain de la faille ou le séisme prend naissance) ​ Les failles et séismes se produisent dans une couche précise de la terre → Faille = zone de faiblesse dans la lithosphère Causes: ​ Mouvements des plaques tectoniques, anciens impacts météoritiques, volcanisme, (remontée de magma), isostasie, (ajustement de la lithosphère) Ondes Sismiques: ​ Production et propagation d’ondes dans la terre venant du foyer ​ ondes de fond: P et S, se propagent à l’intérieure de la terre, hautes fréquences → P: primaires, propagent dans tous les matériels (solides, liquides, gaz) car elles sont des ondes de compression, (6.2 km par s), sons graves et sourds, première à être enregistré, la plus vite → S: secondaires, propagent seulement dans les solides, car elles sont des ondes de cisaillement (vertical), 3,6 km par s) le deuxième plus vite ​ ondes de surface: Love et Rayleigh, se propage seulement en surface, basses fréquences, lentes → Love: ondes de cisaillement, causent un mouvement de vibration de droite à gauche → Rayleigh: similaire à une vague, particules du sol déplacent selon une ellipse, mouvement de vague au sol (quand assez féroce) Déduction de la structure interne: ​ L’étude de la vitesse des ondes sismiques dit la composition et structure de la terre ​ elle indique la présence des couches, (croûte, manteau, noyau), et les changements de matériaux dans ces couches → vitesse des ondes varie selon la rigidité et densité des matériaux ​ Ondes P peuvent passer dans les croûtes internes, mais les ondes S arrêtent au discontinuité de Gutenberg car elles peuvent pas passé la matière liquide du noyau externe La Zone ombre des ondes S: ​ Savoir qu’il y a un noyau liquide car les ondes S ne traversent pas le milieu de la terre → donc il doit avoir que quelque chose de liquide est présent dans la terre Échelles pour l’évaluation des séismes: ​ Échelle de Mercalli: qualitative, 1-12, indique l’intensité selon les dégâts et la perception de la population, (subjective) → pas efficace dans des endroits non peuplés, et des pays utilisent des différentes techniques de bâtiment, (sa varie géographiquement) ​ Échelle de Richter: quantitative, indique la magnitude selon l’énergie dégagé du foyer → objective, échelle logarithmique, plus haut jamais est 9.5, (chaque +1 = 30x plus fort) ​ Échelle de magnitude de moment: échelle récemment développé ((70s), indique aussi l’énergie dégagé du foyer, meilleure pour les séismes moyens à très sévère → Étudie ce qui c’est passé au foyer plus que Richter Facteurs Affectant la vibration: → magnitude: faible ou élevée? → durée de la vibration: courte ou prolongée? → profondeur du foyer: peu profond ou profond? → distance de l’épicentre: proche ou loin? → paramètres géologiques: ​ homogénéité du substrat: roches non déformées (homogènes) ou faillées? ​ dureté du substrat: impact le passage des ondes, plus vite dans les roches dures, plus lent dans les sédiments meubles ou roches molles → ondes diminuent en passant de roches dures → sédiments, mais augmentent en amplitude (vibrations) pour conserver leur énergie totale ​ épaisseur des sédiments: plus la couche de sédiments est épaisse, plus il y a d’amplification de vibrations → quand les sédiments ont une haute teneur en eau, la liquéfaction brise les liens entre les grains de sol, entraînant un mouvement de masse = enfoncement d’édifice Résultats des séismes: ​ Vibrations et ruptures de sol, mouvement de masse, liquéfaction, tsunami, seiches, incendies Localisation d’un séisme: ​ Séisme détecteur par une station sismique ou sismographe qui enregistre les secousses et vibrations du sol → a spring detects the up-down movement of the ground ​ Dû au décalage entre l’arrivée des ondes P et S dû à ces vitesses différents, on peut l’utiliser pour même déterminer la distance entre le sismographe et le séisme → Si P et S arrive proche l’un de l’autre, on est proche de l’épicentre, plus P et S arrive d'écart, plus loin on est de l’épicentre, mais ca nous donne seulement un rayon de Xkm de distance ​ Pour trouver l’emplacement exact, il faut minimum 3 enregistrements de 3 stations différents, (pour faire une triangulation) Prévision et Prédiction: ​ 4 choses qui précèdent un séisme → séismes précurseurs, changement du niveau du sol, anomalies de radon dans les eaux souterraines, lacunes sismiques ​ lacunes sismiques: plus fiable, c’est les limites de plaques, si une plaque est en zone de subduction, tous la plaque doit finir par être en zone de subduction, et si une partie de la faille va sous, tu peux prévoir ou la prochaine partie de la faille va descendre, (décalage d’années)