#3 Aber - Tectonique : vergence d'un pli EarthCache

La presqu’île de Crozon offre un rivage découpé dans un mille-feuilles de roches sédimentaires, d’âge paléozoïque.

C’est en effet à partir de -475 millions d’années que s’est formé l’essentiel du sous-sol. À cette époque, la Bretagne était située sous la mer, près du pôle Sud, en bordure d’un méga-continent appelé Gondwana.

Les particules de sable et de vase transportées du continent vers la mer s’y sont déposées en couches successives. Compactées au fil du temps, elles se sont transformées en grès et en argilites. Quelques animaux marins, ainsi que les traces de leurs activités, ont en même temps été fossilisés.

Cette sédimentation marine, perturbée en presqu’île de Crozon par une activité volcanique (-448 millions d'années), s’est poursuivie sur près de 150 millions d'années, pendant la lente dérive du Gondwana vers le Nord. Près de 3 500 mètres d’épaisseur de sédiments se sont ainsi accumulés, en enregistrant des environnements marins périglaciaires (-444 millions d'année) puis tropicaux (-385 millions d'années).

Vers -320 millions d'années, la collision entre les plaques Gondwana et Laurussia, lors de la constitution de la Pangée, a entraîné la formation d’une immense chaîne de montagnes (la chaîne varisque ou hercynienne) dont les sommets pouvaient atteindre 4 000 mètres d’altitude en Bretagne.

Soumises à d’énormes pressions tectoniques, les roches de la future presqu’île se sont plissées et facturées. Tout en perdant leur horizontalité initiale, les couches sédimentaires se sont transformées : les grès ont évolué en quartzites et les argiles en schistes.

Depuis lors émergée, cette imposante chaîne de montagnes a été érodée, puis à nouveau fracturée lors de l’ouverture de l’océan Atlantique (-180 millions d'années)

Les fluctuations du niveau marin, dues à l’alternance d’épisodes glaciaires et tempérés au Quaternaire (de -2.6 millions d'années à nos jours) ont enfin dessiné le trait de côte de cet ancien massif (le Massif armoricain), dont les plus hautes collines avoisinent aujourd’hui les 400 mètres d’altitude.

👉 Histoire géologique de la presqu'île de Crozon en dessins.

Sources : https://www.reservepresquiledecrozon.bzh

Crozon Peninsula boasts a shoreline carved out of many strata of sedimentary rock dating back to the Paleozoic Era.

In fact, most of its subsoil was formed some 475 million years ago (mya). At that time, Brittany was under water, close to the South Pole, at the edge of a supercontinent called Gondwana.

Particles of sand and mud carried from the continent out to the sea were deposited there in successive layers. Compacted over time, they gradually transformed into sandstone and mudstone. Some sea animals along with traces of their activities, were fossilized at the same time.

This marine sedimentation, that was disrupted by volcanic activity on Crozon Peninsula (448 mya), continued over the course of nearly 150 million years (myr), during Gondwana’s slow drift northwards. Nearly 3,500 meters of sediments accumulated in depth, where both periglacial and then tropical marine environments were recorded (444 and 385 mya, respectively).

Around 320 mya, the collision of the Gondwana and Laurussia plates, during the assembly of Pangea, led to the formation of an immense mountain range (the Variscan or Hercynian orogeny) whose peaks stood as high as elevation of 4,000 meters in Brittany.

Subjected to tremendous tectonic pressure, the rocks of the future peninsula folded and farctured. Whilst losing their initial horizontality, the sedimentary layers were transformed : the sandstone evolved into quartzite and the mudstone into shale.

After emerging, the imposing mountain range eroded and then fractured again at the time of opening of the Atlantic Ocean (180 mya).

Fluctuations in the sea level, caused by the alternating glacial and tempered episodes of the Quaternary period (from 2.6 mya to the present day), finally drawing the coastline of the ancient Armorican mountain range, whose tallest hillsides now rise to altitudes of around 400 meters.

👉 Geologic timeline illustrations of Crozon peninsula (only in french).

Sources : https://www.reservepresquiledecrozon.bzh

 Le nom de cette plage et de ces lieux provient d’Aber ou d’Aber de Crozon, un petit fleuve côtier qui se jette dans la baie de Douarnenez à la pointe de Raguenez, elle-même prolongée par l’île de l’Aber.

Il s’agit majoritairement d’une grande étendue de sable (par basse mer) bordée d’un cordon de galets au pied d’un massif dunaire. Vers l’ouest (à droite en étant face à la baie), des falaises prolongent les lieux jusqu’à la pointe de Trébéron.

Au travers de cette série de caches, vous allez pouvoir découvrir quelques curiosités géologiques visibles le long de ces falaises et dont la troisième vous permettra d'estimer la vergence d'un pli.

 This beach and this place take its name from Aber or Aber de Crozon, a small coastal river which flows into the “baie de Douarnenez” (bay of Douarnenez) at “pointe de Raguenez” (Raguenez headland), itself extended by “l‘île de l’Aber” (Aber island).

It is mostly a large stretch of sand (at low tide) bordered by strand-line pebbles at the foot of a dune massif. Towards the west (on the right, facing the bay), cliffs extend the site up to “pointe de Trébéron) (Trébéron headland).

Through this series of caches, you will be able to discover some geological curiosities visible along these cliffsand the second will enable you to estimate the vergence of a fold.

 Tectonique
Ce terme désigne l’ensemble des déformations ayant affecté des terrains géologiques postérieurement à leur formation (cassures, plis, etc. dont on en exclut les déformations mineures des sédiments qui se font pendant leur dépôt), mais aussi le mécanisme de l’acquisition de ces déformations ainsi que leur étude.

 Tectonics
This describes all the deformations that affect geological terrains after their formation ("fractures", "folds", etc., excluding minor deformations of sediments during deposition), as well as the mechanism by which these deformations are acquired and their study.

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 Contrainte et déformation
Lorsqu'elle est soumise à des contraintes, la croûte terrestre se déforme. La contrainte peut donc être définie comme étant une force appliquée à une certaine unité de volume et tout solide (un volume en fait) possède une force qui lui est propre pour résister à la contrainte. Lorsque la contrainte dépasse la résistance du matériel, il y a déformation de l'objet (le solide) matérialisé par un changement dans sa forme et/ou son volume. Les contraintes peuvent déformer tout aussi bien un volume de pâte à modeler que tout un segment de la croûte terrestre.

La première réponse d'un matériau à la contrainte est la déformation élastique. Quand la contrainte est relâchée, le matériau reprend sa forme et son volume initial (comme un élastique que l’on étire et lâche).

À un point donné durant la déformation élastique, la relation contrainte-déformation devient non linéaire: le matériau a atteint sa limite d'élasticité. Si la contrainte dépasse cette limite, le matériau est déformé de façon permanente : il en résulte une déformation plastique (l'écrasement d'une balle de pâte à modeler par exemple) ou une déformation cassante (l'élastique qui se brise).

Trois paramètres importants doivent être considérés lorsqu'on applique les concepts de contrainte-déformation aux matériaux de la croûte terrestre : la température, la pression et le temps. Température et pression augmentent avec la profondeur dans la croûte terrestre et modifient le comportement des matériaux.

Dans le schéma en partie anglaise, la ligne rouge délimite deux champs: le champ de la déformation cassante (dite aussi fragile) et celui de la déformation plastique (dite aussi ductile). La flèche bleue symbolise une augmentation progressive des conditions de température et de pression à mesure que l'on s'enfonce dans la croûte terrestre. De manière générale, cette relation indique que les roches de surface seront déformées de façon cassante, alors que les roches en profondeur le seront de façon plastique. En fonction de sa profondeur, un même type de roche peut donc subir une déformation cassante ou plastique.

Le temps est aussi un facteur important à prendre en compte. Il est difficile d'imaginer qu'on puisse plier des couches de roches dures, ... à moins qu'on y mette le temps géologique et en géologie le facteur temps se mesure le plus souvent en millions d’années.

Il y a fondamentalement deux types de contraintes qui déforment les roches : les contraintes de compression et celles de tension. Dans la compression, les forces convergent et ont pour effet de compresser les roches. Dans la tension, les contraintes divergent et ont pour effet d'étirer les roches.

 Stress and deformation
When subjected to stress, the earth's crust deforms. Stress can therefore be defined as a force applied to a certain unit of volume, and every solid (a volume, in fact) possesses its own force to resist stress. When the stress exceeds the resistance of the material, strain occurs in the object (the solid), materialized by a change in its shape and/or volume. Stresses can deform a volume of modeling clay just as easily as an entire segment of the earth's crust.

A material's first response to stress is elastic deformation. When the stress is released, the material returns to its original shape and volume (like a rubber band stretched and released).

At a given point during elastic deformation, the stress-strain relationship becomes non-linear: the material has reached its elastic limit. If the stress exceeds this limit, the material is permanently deformed: the result is plastic deformation (the crushing of a ball of clay, for example) or brittle deformation (the rubber band that breaks).

Three important parameters must be considered when applying stress-strain concepts to materials in the earth's crust: temperature, pressure and time. Temperature and pressure increase with depth in the earth's crust and modify the behavior of materials.

In the diagram opposite, the red line delimits two fields: brittle deformation and plastic (ductile) deformation. The blue arrow symbolizes a progressive increase in temperature and pressure conditions as one moves deeper into the earth's crust. Generally speaking, this relationship indicates that surface rocks will be deformed in a brittle way, while rocks at depth will be deformed in a plastic way. So, depending on its depth, the same type of rock may undergo either brittle or plastic deformation.

Time is also an important factor to take into account. It's hard to imagine bending layers of hard rock, ... unless you take geological time into account, and in geology time is usually measured in millions of years.

There are basically two types of stress that deform rocks: compressive and tensile. In compression, forces converge and have the effect of compressing rocks. In tension, the forces diverge, stretching rocks.

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 Plis
Les plis constituent la manifestation d'un comportement plastique (ductile) des roches sous l'effet de contraintes de compression.

Les plis présentent une grande variété de formes et résultent d'un large éventail de processus qui reflètent tous en grande partie le comportement des roches. Par conséquent, les caractéristiques géométriques changent généralement dans un même pli de couche à couche.

 Folds
Folds are the result of the plastic (ductile) behavior of rocks under compressive stress.

Folds display a wide range of shapes and result from a wide range of processes that all largely reflect the rock behavior. Therefore, geometrical characteristics commonly change within the same fold from layer to layer.

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 Structure d’un pli et classification
Les côtés d’un pli sont appelés les flancs. Les flancs se rejoignent à l’endroit le plus étroit du pli, c’est ce qu’on appelle la charnière. La ligne reliant tous les points de la charnière est appelée l’axe du pli. Une ligne imaginaire qui inclut l'axe du pli et qui divise le pli aussi symétriquement que possible est appelée le plan axial du pli.

Les plis peuvent être classéss en fonction de leur géométrie, leur forme, leur profil, leur orientation, l'épaisseur de leurs couches/strates, etc.

 Fold structure and classification
The sides of a fold are called the limbs. The limbs intersect at the tightest part of the fold and this is called the hinge. A line connecting all points on the hinge is called the fold axis. An imaginary line that includes the fold axis and divides the fold as symmetrically as possible is called the axial plane of the fold.

Folds can be classified according to their geometry, their shape, their profile, their orientation, the thickness of their layers/strata, etc.

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 Symétrie des plis et vergence
Pour illustrer la symétrie et la vergence, prenons un jeu de carte et appliquons-lui différentes contraintes de compression. Si les contraintes de compression sont coaxiales, les forces compressives vont s’exercer de part et d’autre du jeu de cartes suivant le même axe et les cartes vont s’arquer (de façon symétrique). Si la contrainte n’est pas coaxiale, alors un cisaillement va s’opérer et les cartes vont glisser les unes sur les autres.

Appliquées à la croûte terrestre et en particulier au roches sédimentaires (remarquables par leur strates ou couches), les contraintes de compression produiront des plis dont la géométrie sera en accord avec les forces compressives axiales ou non axiales.

Si les forces compressives appliquées à la roche sont coaxiales, alors les plis seront symétriques ; le plan axial coupera en deux l'angle entre les membres et divisera le pli en deux moitiés identiques. Si les forces compressives ne sont pas coaxiales alors les plis ne seront pas symétriques ; les flancs auront des longueurs inégales dont l’un s’inclinera plus fortement que l’autre. Leur direction d'inclinaison suggère un sens relatif du mouvement, appelé vergence apparente.

En règle générale, le plan axial sera vertical pour les plis symétrique et incliné pour les plis non symétriques. Mais ne confondez pas avec un pli non symétrique avec un pli symétrique dont le plan axial n’est plus vertical car il pourrait avoir été incliné par d’autres mouvements tectoniques après sa formation.

 Fold symmetry and vergence
To simplify the concept of symmetry and vergence, let's take a deck of cards and apply different compressive stresses(see French part). If the compressive stresses are coaxial, the compressive forces will be applied on either side of the deck along the same axis, and the cards will bow (symmetrically). If the stress is not coaxial, shearing will occur and the cards will slide over each other.

Applied to the earth's crust, and in particular to sedimentary rocks (remarkable for their strata or layers), compressive stresses will produce folds whose geometry will be in accordance with axial or non-axial compressive forces.

If the compressive forces applied to the rock are coaxial, then the folds will be symmetrical; the axial plane will bisect the angle between the limbs and divide the fold into two identical halves. If the compressive forces are not coaxial, then the folds will not be symmetrical; the limbs will have unequal lengths, one sloping more steeply than the other. Their direction of inclination suggests a relative direction of movement, called apparent vergence.

Usually, the axial plane will be vertical for symmetrical folds and sloping for non-symmetrical folds. But don't confuse a non-symmetrical fold with a symmetrical fold whose axial plane is no longer vertical, as it may have been tilted by other tectonic movements after its formation.

Références – References

Dictionnaire de Géologie - 8e éd. (Foucault)
A Dictionary of Geology and Earth Sciences (Oxford Quick Reference)
La déformation des roches
Folds

 Aux coordonnées indiquées, vous trouverez une petite grotte en formation (résultat d’une déformation cassante). Faites face à la grotte et observez le bord gauche de la grotte matérialisé par la zone elliptique comme sur la photo ci-dessous. Cette zone y est agrandie en A.

 At the specified coordinates, you'll find a newly formed cave (the result of brittle deformation). Face the cave and look at the left-hand edge of the cave, marked by the elliptical area shown in the picture below. This area is enlarged in A.

 Travail à effectuer :

1. Décrivez la/les particularité/s visibles en zone A.
2. En fonction de sa vergence, comment classeriez-vous le pli que vous avez découvert ?
3. Une photo de vous, ou d’un objet caractéristique vous appartenant, prise dans les environs immédiats (pas de photo « d’archive » svp) est à joindre soit en commentaire, soit avec vos réponses. Conformément aux directives mises à jour par GC HQ et publiées en juin 2019, des photos peuvent être exigées pour la validation d'une earthcache.

Marquez cette cache "Trouvée" et envoyez-nous vos propositions de réponses. Nous vous contacterons en cas de problème.

Il est strictement interdit de ramasser tout minéral, roche, fossile, galet, plante… sur tout le littoral. Merci de respecter cette consigne.

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 Homework:

1. Describe the special feature(s) to be seen in zone A.
2. According to its vergence, how would you classify the fold you discovered?
3. A photo of your, your GPS/cellphone or something else personal, taken in the immediate aera (no "stock" photos please) is to be attached either as a comment or with your answers. In accordance with updated GC HQ guidelines published in June 2019, photos may be required for validation of an earthcache.

Log this cache "Found it" and send us your answers. We will contact you in case of problems.

It is strictly forbidden to pick up any mineral, rock, fossil, pebble, plant... all over the coast. Please respect this instruction.