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La surrection de l'Himalaya

La surrection de l'Himalaya à l'origine du refroidissement observé depuis le Miocène ?

Quantification simplifiée du CO2 atmosphérique consommé par la surrection de la chaîne himalayenne


Prérequis

Un exemple d'altération de silicates : l'altération des minéraux constitutifs des granites.

streckes03-4.gif En jaune, composition des granites au sens large (classification de Streickeisen)

Les pointes du diagramme correspondent à : Q = 100 % Quartz (SiO2) A = 100 % Feldspaths alcalins P = 100 % Feldspaths plagioclases du pôle An0 (NaAlSi3O8) au pôle An100 (CaAl2Si2O8) Fd = 100 % Feldspatoïdes
Comme le montre le diagramme de Streickeisen, les granites possèdent dans leurs compositions minéralogiques des silicates calciques. Ce sont ces silicates qui permettent le pompage du CO2 atmosphérique. L'altération d'une mole d'anorthite conduit à la consommation de 2 moles de CO2 atmosphérique (1).

Lorsque ces deux CO2 (sous forme de HCO3-) arrive à la mer, la réaction de précipitation de la calcite libère 1 mole de CO2 qui retourne vers l'atmosphère (2). Au final 1 mole de CO2 atmosphérique a été consommée pour 1 mole d'anorthite altérée qui sera stockée sous forme de CaCO3 dans les océans.

CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2 <------> Al2Si2O5(OH)4 (kaolinite) +Ca2+ + 2HCO3- (1)
 

Ca2+ + 2 HCO3-<------> CO2 + H2O + CaCO3 (2)

 

Une orogenèse est très efficace pour l'altération des roches. Le relief augmente l'érosion mécanique des roches et localement les précipitations. Ces deux facteurs favorisent de concert l'altération chimique des roches.

On peut observer avec les élèves du granite sain et altéré pour montrer la disparition de silicates calciques (feldspath plagioclase riche en Ca) : 

    • A l'oeil nu 

icone_granite.jpg

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icone_arne.jpg

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1 feldspath plagioclase ( blanc laiteux) 2 feldspath alcalin ( rosâtre) 3 grains de mica ( brillants ) 4 grains de quartz ( gris)
1 feldspath altéré 2 : fissure

 

icone_arne2.jpg

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L'arène granitique essentiellement formée de quartz et d'argile néoformée. Les plagioclases ont disparu.

  • Au microscope
LPA (X400) LPna ( x400)
plagioclaaltLPA.jpg plagioclaaltLPna.jpg 

L'aspect trouble du plagioclase en LPnA s'explique par son altération qui mènera progressivement à sa transformation en argile avec une consommation de CO2. (selon la réaction 1
Source images :CRDP Caen

Cette activité utilisant des échantillons de roches macroscopiques et des lames minces peut précéder avantageusement la démarche qui va suivre et lui donner toute sa perspective.

Principe

Déterminer la surface occupée par la chaine de l'Himalaya en utilisant le logiciel Mesurim.

Utiliser le calcul de surface pour déterminer le volume de roches disparu depuis le début de l'orogenèse.

 

 Des documents pour accompagner la démarche :

 

 

refroidissemnt.jpg graphinfl.jpg
Evolution des températures depuis le début du Miocène.
Le flux sédimentaire global depuis 40 Ma. Plus le flux sédimentaire est important, plus l'altération sur le continent est importante.
sedalt.jpg

Lien entre l'érosion mécanique responsable du flux sédimentaire et l'altération chimique des roches. Echelle log. (Source site ENS, TD cycle géologique du carbone, atelier 3, Jérome Gaillardet.Attention, Ce TD n'est accessible qu'une fois identifié sur le site Planet-Terre)

Accompagnés de reconstitutions paléogéographiques sur la migration de l'Inde, ces documents permettent de faire émerger l'hypothèse d'un lien entre la formation de l'Himalaya, le refroidissement enregistré et l'augmentation de l'altération chimique des roches. L'activité suivante permet de vérifier la validité d'une telle hypothèse.

 

 

I. Déterminer la surface occupée par l'Himalaya

Pour déterminer une surface avec le logiciel mesurim, il faut préalablement colorier avec un traitement de texte ou un logiciel de traitement d'images la zone dont on cherche à évaluer la surface et disposer d'une carte avec une échelle.

 

 

icone_himalaya2.jpg

 

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Carte géologique simplifiée de l'Himalaya centrale.(D'après Debelmas et Mascles

icone_himalayacolore.jpg

 

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Zone d'intérêt coloriée en bleu
icone_mesurim.jpg

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Le logiciel mesurim permet de calculer la surface occupée par la couleur bleue (surface de l'Himalaya) a condition de fournir préalablement l'échelle de la carte.


Une autre méthode qui emploie le logiciel gratuit Google Earth (http://earth.google.com/) pour mesurer la surface totale de l'l'Himalaya est envisageable puisque ce dernier possède un instrument de mesure permettant d'établir une échelle. Dans le menutools choisir measure.
 

icone_gooearth.jpg
Selon  le même procédé que précédemment il est possible de colorer la zone d'intérêt avec un logiciel de traitement d'images(surface totale de l'Himalaya) et d' utiliser ensuite l'échelle fournie par Google Earth pour calculer avec Mesurim .

Source "Google Earth"

icone_goocolor.jpg
En raison des difficultées à délimiter le plus justement possible les contours de l'Himalaya , le logiciel mesurim calcule une surface de 550 000 Km2, donc légèrement inférieure au calcul précédent.On reste cependant dans les mêmes ordres de grandeurs, l'intérêt du calcul est conservé.

Source "Google Earth"

 

II.Déterminer la quantité de CO2 consommé depuis le début de la surrection himalayenne.

Des données :

    • Formation de l'Himalaya depuis 15Ma
    • Taux moyen d'ablation des hauts reliefs : 1mm/an
    • Quantité de silicates calciques dans la croûte continentale : 2%
    • Densité moyenne des roches : 3000 Kg/m3
    • Quantité de CO2 atmosphérique : 750 Gt de C soit 2750 Gt de CO2
    • La masse de CO2 consommé correspond à 78% de la masse des silicates calciques altérés.

Des calculs :

L'évaluation de la surface avec mesurim donne comme résultat : 700 000 Km2. Si on fait l'approximation d'un taux d'érosion de 1mm/an depuis les 15 Ma que la chaîne est en place, 15 Km on été érodé. Soit une disparition d'un volume de roche de 1.05 x 10^7 km3 soit 1.05x10^16 m3. En utilisant la densité des roches, on obtient une masse altérée de 3.15x10^19 kg. La masse de silicates calciques est  alors de 6.30x10^17 kg.

L'altération de cette masse de silicates altérée depuis 15 Ma a donc consommé : 6.30x10^17 x 0.78 = 4.9 x 10^17 kg de CO2.

Si on compare à la quantité de CO2 atmosphérique actuelle : 4.9 x 10^17 kg / 2,75 x 10^15 = 179

Selon cette estimation, l'altération de l'Himalaya aurait consommée 179 fois la quantité atmosphérique actuelle en CO2.

>Voir le calcul en utilisant un fichier .xls qui offre la possibilité de modifier les données de départ (surface, taux d'érosion, durée...)

III. Critique des résultats obtenus.

Dans cette activité, on a considéré que l'altération de la quantité des silicates calciques a été totale, et ce n'est sûrement pas le cas. Le Gange et l'Indus ne charrient pas à la mer que de l'argile (résultat de l'altération des silicates) mais aussi des galets et du sable qui contiennent des silicates calciques non altérés. Même si seulement 10% étaient altérés cela correspondrait à la consommation de 17.9 fois la totalité du CO2 atmosphérique actuel.

 
Équipe INRP de l'académie d'Orléans-Tours. Contacter l'auteur