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10 : Mouvement de masse - Géosciences

10 : Mouvement de masse - Géosciences


10 : Mouvement de masse - Géosciences

(X). Processus de pente et mouvement de masse

introduction

Les versants sont une partie importante du paysage terrestre. Le paysage de la Terre peut être considéré comme étant composé d'une mosaïque de types de pentes, allant de montagnes escarpées et de falaises à des plaines presque plates. Sur la plupart des pentes, de grandes quantités de sol et de sédiments sont déplacées au fil du temps par l'intermédiaire de l'air, de l'eau et de la glace, souvent sous l'influence directe de la gravité. La forme que prend un versant dépend des divers processus géomorphologiques qui y agissent. Les pentes des collines sont également la source de matériaux qui sont utilisés pour construire un certain nombre de reliefs sédimentaires.

Concrètement, les versants ont une influence directe et indirecte sur un certain nombre d'activités humaines. La pente et la stabilité structurelle des versants déterminent leur aptitude à l'agriculture, à la foresterie et aux établissements humains. Les pentes des collines peuvent également devenir un danger pour les humains si leurs matériaux se déplacent rapidement à travers le processus de gaspillage de masse.

Entrées et sorties du système Hillslope

Nous pouvons commencer notre étude des pentes en les considérant comme un système de réponse de processus . Le système de pente reçoit des apports de rayonnement solaire, de précipitations, de substances solides et dissoutes de l'atmosphère et de sédiments non consolidés dérivés de l'altération du substrat rocheux. Les apports de sédiments non consolidés sont contrôlés par les taux d'altération. En général, plus le climat est chaud, plus les taux d'altération du substrat rocheux sont élevés. Les taux d'altération sont également influencés par la présence d'humidité.

Les sorties vers les versants se produisent par évapotranspiration, par percolation de l'eau et le mouvement de substances dissoutes dans le substrat rocheux, et par l'élimination des sédiments par les cours d'eau par les glaciers ou par les vagues et les courants océaniques. Les sorties de débris ou de sédiments des systèmes de pente sont principalement contrôlées par la disponibilité de mécanismes d'érosion pour transporter les matériaux qui s'accumulent à la surface et à la base de la pente. Par exemple, la présence d'un ruisseau à la base d'un versant favorise l'élimination des sédiments qui se déplacent vers le bas. Si le débit du cours d'eau est trop faible pour gérer l'apport de débris, les sédiments s'accumuleront à la base de la pente.

L'ampleur des entrées et sorties de pente dépend d'un certain nombre de facteurs, y compris la géologie du substratum rocheux, le climat et la nature de la pente vers le paysage plus large. L'équilibre entre les entrées et les sorties du système de pente exerce un contrôle majeur sur la forme de la pente en développement. Dans les situations où les entrées sont le facteur de contrôle, la pente est dite limitée par les intempéries car les sorties éliminent rapidement les débris accumulés. Lorsque le potentiel d'altération est élevé mais que les rendements sont limités, le système de pente est classé comme étant à transport limité. Les paysages à transport limité sont facilement reconnaissables à la présence d'un profil de sol profond.

Mouvement de masse et stabilité des pentes

Il existe une variété de processus par lesquels les matériaux peuvent être déplacés à travers le système de pente. Ces processus sont généralement connus sous le nom de mouvement de masse ou de gaspillage de masse. Le fonctionnement des processus de mouvement de masse repose sur le développement de l'instabilité dans le système de pente. Dans ces conditions, la rupture du matériau de la pente peut se produire sur une gamme d'échelles de temps. Certains types de mouvements de masse impliquent des événements plutôt rapides et spontanés. Les ruptures soudaines ont tendance à se produire lorsque les contraintes exercées sur les matériaux de la pente dépassent largement leur résistance pendant de courtes périodes de temps. Dans de nombreux cas, le type de mouvement de masse est produit par le fonctionnement de mécanismes de déclenchement à court terme. Le mouvement de masse peut également être un processus moins continu qui se produit sur de longues périodes de temps. Des défaillances lentes se produisent souvent lorsque les contraintes appliquées dépassent à peine la résistance interne du système de pente.

Quelles sont les sources des contraintes et de la résistance agissant dans les matériaux de pente ? Comme nous l'avons noté, une source majeure de stress est la force gravitationnelle. L'amplitude de cette force est liée à l'angle de la pente et au poids des sédiments et des roches des pentes. L'équation suivante modélise cette relation :

F = W sin Ø

où F est la force gravitationnelle, W est le poids du matériau se produisant à un certain point sur la pente, et Ø est l'angle de la pente.

La résistance interne du système de pente varie selon la nature des matériaux constituant la pente. Les pentes composées de matériaux meubles, comme le sable et le gravier, tirent leur résistance interne de la friction qui dépend de la taille, de la forme et de la disposition des particules. Les pentes constituées de particules de limon et d'argile tirent leur résistance interne de la cohésion des particules qui est contrôlée par la disponibilité de l'humidité dans le sol. Trop d'humidité brise les liens cohésifs et peut transformer une pente solide en une rivière de boue. Les pentes rocheuses ont généralement la plus grande résistance interne. La force interne de ces systèmes est dérivée des effets de la solidification et de la cristallisation du magma ou de la lithification de particules autrefois lâches.

La stabilité d'un versant dépend de la relation entre les contraintes appliquées aux matériaux qui composent la pente et leur résistance interne. Le mouvement de masse se produit lorsque les contraintes dépassent la résistance interne. Cette condition n'est pas toujours causée par une augmentation du stress. Dans certains cas, la résistance interne des matériaux peut être réduite sur des périodes de temps relativement courtes, entraînant un mouvement de masse.

De nombreux facteurs peuvent agir comme déclencheurs de la rupture d'un versant de colline. L'une des plus courantes est la pluie prolongée ou abondante. Les précipitations peuvent entraîner des mouvements de masse par le biais de trois mécanismes différents. Souvent, ces mécanismes n'agissent pas seuls. La saturation des matériaux du sol augmente le poids des matériaux de la pente, ce qui entraîne alors une force gravitationnelle plus importante. La saturation des matériaux du sol peut réduire les liaisons cohésives entre les particules de sol individuelles, ce qui entraîne une réduction de la résistance interne du versant de la colline. Enfin, la présence de plans d'assise dans le matériau du versant peut faire glisser le matériau au-dessus d'un plan particulier sous le niveau du sol le long d'une surface lubrifiée par l'humidité qui s'infiltre.

Les tremblements de terre sont un autre mécanisme courant qui peut déclencher des mouvements de masse. Les ondes sismiques produites par les tremblements de terre font vibrer les matériaux des talus. Cette vibration peut conduire à une défaillance en augmentant la contrainte vers le bas ou en diminuant la résistance interne des sédiments de la pente par le mouvement des particules.

Eau, transport de sédiments et pentes de collines

Rainsplash est un processus à micro-échelle qui peut être très efficace pour déplacer des matériaux sur des pentes. L'impact des gouttelettes de pluie sur la surface du sol détache souvent des grains individuels de sol en les déplaçant à une certaine distance de leur source. Sur les surfaces planes, l'effet de l'impact des gouttes de pluie est de redistribuer le matériau sans aucun transport net dans une direction particulière. Cependant, sur une pente, l'influence de la gravité et de la pente encourage la redistribution de plus de matériaux vers le bas plutôt que vers le haut. Lorsque les pentes atteignent 25 degrés ou plus, presque toute la redistribution se produit dans le sens de la pente descendante.

Un transport considérable de sédiments de surface sur les pentes se produit par les eaux de pluie et le ruissellement de surface . Sur des surfaces relativement planes, le ruissellement se produit sous la forme d'une couche continue d'eau communément appelée « sheetwash ». Le potentiel érosif des feuilles de lavage est généralement assez limité car ce type d'écoulement est peu profond et non turbulent et ne peut pas facilement entraîner les particules de surface. Cependant, les irrégularités topographiques peuvent rapidement transformer les feuilles de lavage en petits canaux appelés rigoles. Les rigoles fusionnent ensuite en chenaux de cours d'eau plus larges et ainsi de suite. Les rigoles et les grands canaux de cours d'eau concentrent le mouvement de l'eau, provoquant une augmentation de la vitesse d'écoulement et de la turbulence. Des vitesses d'écoulement et des turbulences plus élevées conduisent à un plus grand potentiel d'entraînement et de transport ultérieur de matériaux de pente.

Mouvement de masse dans les matériaux non cohérents

De nombreuses pentes sont composées de sédiments à gros grains non cohésifs. Ce type de pente est commun aux caractéristiques du relief telles que les cônes alluviaux , les éboulis , les cônes d'éboulis , les dunes de sable et les dépôts glaciaires d'épandage. Sur les pentes de ce type, le mouvement de masse se produit souvent par glissement ou roulement d'un petit nombre de particules à mesure que des instabilités localisées se développent ( Figure 10x-1 ). Dans certains cas, ces mouvements peuvent s'organiser en avalanches plus importantes par effet domino. Le mouvement de masse sur des matériaux non cohésifs peut également se produire par glissement superficiel. Un glissement superficiel se produit lorsque des plans de faiblesse se développent juste sous la surface de la pente. Des plans de faiblesse se développent là où une stratification horizontale se produit dans les sédiments. Cette stratification peut être causée par la nature du dépôt de sédiments, la percolation de l'eau ou par la présence de couches souterraines de sol, de sédiments ou de roches.

Mouvement de masse dans les matériaux cohésifs

Les pentes formées d'argiles et de sédiments limoneux présentent des processus de mouvement de masse quelque peu uniques. Les particules d'argile et de limon ont un degré de cohésion qui leur confère potentiellement plus de résistance interne que les sédiments non cohésifs. Cette cohésion se produit en raison des liaisons électrochimiques qui opèrent entre les particules et des effets de tension superficielle des films d'eau qui se forment autour des particules. Ces deux sources de cohésion dépendent de la teneur en humidité. La cohésion maximale a lieu lorsque les conditions d'humidité sont modérées. Trop ou trop peu d'eau réduit la force de la cohésion.

Deux types courants de mouvements de masse dans les matériaux cohésifs sont les glissements de rotation et les coulées de boue. Ces deux processus se produisent sur des périodes de temps très courtes. Les glissements ou affaissements de rotation se produisent le long de plans de faiblesse clairement définis qui ont généralement une forme concave sous la surface de la Terre ( Figure 10x-2 ). Les glissements de rotation peuvent être causés par divers facteurs. Le mécanisme le plus courant pour lequel ils se produisent est l'érosion à la base de la pente qui réduit le support des sédiments sus-jacents. L'érosion à la base d'une pente peut être causée par la présence d'un chenal ou par l'action des vagues.

Les coulées de boue se produisent lorsque les matériaux des pentes deviennent si saturés que les liaisons cohésives entre les particules sont perdues. Le matériau saturé s'écoule alors comme un fluide épais vers le bas (Figure 10x-3). Le débit s'arrête lorsque la perte d'eau par infiltration provoque la solidification des sédiments. Des coulées de boue peuvent se produire sur des angles de pente très faibles car la résistance au frottement et la cohésion des particules internes sont négligeables.

Certains des processus de mouvement de masse opérant sur des matériaux cohésifs se produisent sur des périodes de temps très longues. L'un des processus les plus répandus est le fluage du sol. Le fluage du sol implique le mouvement des sédiments de pente dans une série de nombreuses étapes cycliques (Figure 10x-4). Les effets cycliques des fluctuations de température, des variations d'humidité et de la gravité sur les sédiments de sol inclinés sont souvent à l'origine de ce processus.

Figure 10x-4 : L'animation suivante modélise le processus de fluage du sol. Le fluage du sol ne peut se produire que sur une pente. Cela se produit lorsqu'un mécanisme provoque l'expansion et la contraction de la couche de sol de surface. Les mécanismes qui peuvent provoquer cette expansion et cette contraction comprennent les changements cycliques de la température et de l'humidité du sol. L'expansion déplace les particules de sol vers le haut et perpendiculairement à l'angle de la pente. Lorsque la contraction se produit, les particules de sol se déplacent vers le bas sous l'influence de la gravité. Comme illustré dans l'animation, l'angle de ce mouvement diffère de l'angle du mouvement dû à l'expansion. Le résultat net est un mouvement de descente lent des matériaux de la pente.

(Pour voir cette animation, votre navigateur doit avoir le Quick Time brancher. Le Quick Time Le plug-in est disponible pour les ordinateurs avec système d'exploitation Macintosh et Windows et peut être téléchargé GRATUITEMENT à partir du site World Wide Web www.apple.com/quicktime).

La solifluxion est le mouvement lent du sol causé par l'action du gel-dégel. Ce processus est répandu dans les régions polaires et subpolaires où pergélisol existe. La solifluxion se produit lorsque les fluctuations saisonnières ou quotidiennes de la température dépassent le point de congélation. À ces températures, la partie supérieure de la surface du sol et le dégel du pergélisol créent une masse gorgée d'eau parce que la glace souterraine empêche le drainage. La masse gorgée d'eau s'écoule ensuite vers le bas sous forme de lobes de sédiments et de végétation de surface.

Mouvement de masse sur les pentes de hard rock

Les mouvements de masse sur les pentes de roches dures sont souvent spectaculaires et rapides (figure 10x-5). Les roches dures tirent leur résistance interne principalement des fortes liaisons intergranulaires qui se forment lorsque magma refroidit et cristallise ou lorsque lithification se produit dans roches sédimentaires. En raison de leur forte résistance interne, les pentes de roches dures peuvent avoir des angles relativement raides. Néanmoins, des faiblesses apparaissent le long literie avions et les articulations naturellement présents dans ces matériaux. La plupart des mouvements de masse sur les pentes de roches dures impliquent le mouvement vers le bas de petits fragments de roche détachés par le stress gravitationnel et/ou les processus de gel-dégel . Nous appelons ces types de chutes de pierres à perte de masse.

Un mouvement de roche descendant à plus grande échelle peut également se produire le long de les articulations ou alors literie Avions. Ce type de mouvement est appelé éboulement. La plupart des éboulements se produisent parce que le versant de la colline et les couches rocheuses tremper Dans la même direction (Figure 10x-6). Dans ces cas, l'éboulement se produit lorsqu'un plan de fracture se développe, provoquant le glissement des matériaux sus-jacents vers le bas de la pente.

Tous les éboulements ne sont pas le résultat du processus décrit ci-dessus. L'éboulement qui a couvert la ville de Frank, Alberta, Canada le 29 avril 1903 a été en partie causé par les activités humaines (Figure 10x-7). Les couches de roches sédimentaires de Turtle Mountain trempé loin de la vallée contenant la ville minière de Frank. Pourtant, les articulations dans les couches de calcaire ont plongé vers la ville. La montagne était également composée de couches de calcaire, de schiste, de siltite et de charbon structurellement faibles qui ont été déformées par le poids de calcaire plus massif situé au-dessus. Enfin, l'extraction de charbon à la base de Turtle Mountain a réduit le support aux matériaux sus-jacents. Ensemble, ces facteurs conduisent au mouvement soudain de 33 millions de mètres cubes de roche en environ deux minutes.


Mouvement de masse

Nos rédacteurs examineront ce que vous avez soumis et détermineront s'il faut réviser l'article.

Mouvement de masse, aussi appelé Gaspillage de masse, les mouvements massifs de sols et de débris rocheux le long des pentes en réponse à l'attraction de la gravité, ou l'enfoncement rapide ou progressif de la surface du sol de la Terre dans une direction principalement verticale. Auparavant, le terme perte de masse faisait référence à une variété de processus par lesquels de grandes masses de matériaux crustaux sont déplacées par gravité d'un endroit à un autre. Plus récemment, le terme mouvement de masse a été remplacé pour inclure les processus de gaspillage de masse et l'enfoncement de zones confinées de la surface du sol de la Terre. Les mouvements de masse sur les pentes et les mouvements de masse descendants sont souvent aidés par l'eau et l'importance des deux types est le rôle que chacun joue dans l'altération des reliefs.

La variété des mouvements de masse descendants reflète la diversité des facteurs qui sont responsables de leur origine. Ces facteurs comprennent : l'altération ou l'érosion de la couverture de débris sur les pentes, qui est généralement susceptible de provoquer des mouvements de masse le caractère et la structure des roches, telles que des lits perméables résistants susceptibles de glisser en raison des roches imperméables sous-jacentes l'élimination de la couverture végétale, ce qui augmente la pente susceptibilité aux mouvements de masse en réduisant sa stabilité augmentations artificielles ou naturelles de l'inclinaison de la pente, qui induisent généralement des tremblements de terre de mouvement de masse, qui affectent l'équilibre de la pente et augmentent la probabilité de mouvement de masse et d'écoulement des eaux souterraines, qui exerce une pression sur les particules du sol et altère la stabilité de la pente. Ces facteurs affectant les conditions de pente se combinent souvent avec des facteurs climatiques tels que les précipitations et l'activité du gel pour produire un mouvement de masse vers le bas.

Les types de mouvements de masse causés par les facteurs ci-dessus comprennent : le mouvement brusque et la chute libre de blocs de roche solide détachés, connus sous le nom de chutes de pierres plusieurs types de mouvement descendant presque imperceptible de particules de sol superficiel et de débris rocheux, collectivement appelés fluage le fluage souterrain de matériau rocheux, connu sous le nom de renflement : la multiplicité des mouvements de pente descendante du substratum rocheux et d'autres débris causés par la séparation d'une section de pente le long d'un plan de moindre résistance ou surface de glissement, collectivement appelés glissements de terrain la séparation d'une masse le long d'un escarpement à tête concave, se déplaçant sur une surface de glissement incurvée et accumulant au pied de la pente, connu sous le nom d'affaissement la saturation des débris et des matériaux altérés par les précipitations dans la partie supérieure d'une pente ou d'une vallée, augmentant le poids des débris et provoquant un mouvement lent vers le bas de la pente, appelé un coulée de terre coulée de terre en mouvement rapide possédant une teneur en eau plus élevée, connue sous le nom de coulée de boue coulée de terre en mouvement rapide dans une région montagneuse, appelée coulée de débris ou avalanche et le mouvement descendant de matériaux de surface saturés d'humidité, connu sous le nom de solifluxion, sur des matériaux de substrat gelés, se produisant dans les régions subarctiques pendant les périodes saisonnières de dégel de la surface.

Les mouvements de masse en train de couler se produisent de manière relativement rapide, connue sous le nom d'affaissement, et de manière graduelle, appelée tassement. L'affaissement implique l'effondrement d'un toit ou l'effondrement d'une cavité souterraine telle qu'une grotte. Un affaissement important est évident dans les zones où le charbon, le sel et les minerais métallifères sont extraits. L'érosion marine provoque parfois l'effondrement du toit des grottes marines. Les régions de topographie karstique présenteront un affaissement généralisé sous la forme de dolines causées par le drainage souterrain. D'autres types d'affaissement causés par des solutions souterraines ont été trouvés dans des terrains de craie, de gypse, d'anhydrite, de halite (sel) et de loess. La fonte de la glace au sol contribue également à l'affaissement, comme la formation de cuvettes et de dépressions glaciaires à la suite du dégel saisonnier de la surface des terres gelées en permanence. La décomposition chimique des roches souterraines et des minerais est également une cause d'affaissement. Une autre forme de subsidence est la dépression à parois abruptes, connue sous le nom de puits volcanique, formée à la suite du retrait du magma sous la surface du sol.

Le tassement progressif des zones confinées de matériaux terrestres se produit par la consolidation du sol et de la roche par la compression ou l'élimination des fluides des espaces interstitiels et par l'effondrement de la structure du grain. La cause la plus répandue de la consolidation est la charge de surface telle que le dépôt continu de sédiments dans les fonds marins et lacustres ou par les charges imposées à la terre par les calottes glaciaires ou les dépôts de ruissellement. Les structures artificielles provoquent également une charge de surface, une consolidation et un tassement. La consolidation est également causée par l'abaissement de la nappe phréatique. L'extraction d'eau ou de pétrole sous pression des profondeurs de la surface provoquera un effondrement des espaces interstitiels et une consolidation de la roche. L'effondrement de la structure des grains se produit généralement à cause du mouillage de matériaux rocheux tels que les argiles et les sables, ce qui provoque le déplacement et la sédimentation de la structure des grains dans une configuration plus compacte et dense.

Cet article a été récemment révisé et mis à jour par Amy Tikkanen, directrice des services correctionnels.


10 : Mouvement de masse - Géosciences

Les mouvements de masse font partie d'un continuum de processus d'érosion entre l'altération et le transport fluvial. Le mouvement de masse provoque le déplacement du régolithe et de la roche vers le bas de la pente où tôt ou tard les particules libres seront ramassées par un autre agent de transport et finalement déplacées vers un site de dépôt tel qu'un bassin océanique ou le lit d'un lac.

Des processus de mouvement de masse se produisent continuellement sur toutes les pentes, certains agissent très lentement, d'autres se produisent très soudainement, avec souvent des résultats désastreux.

Dans cette discussion, nous espérons répondre aux questions suivantes :

    Qu'est-ce qui détermine si une pente est stable ou instable ?

Nous commençons par une discussion sur les forces agissant à la surface qui provoquent des mouvements de masse.

La gravité est la principale force responsable des mouvements de masse.

    La composante perpendiculaire de la gravité, gp, aide à maintenir l'objet en place sur la pente.

Bien que l'eau ne soit pas toujours directement impliquée en tant que moyen de transport dans les processus de mouvement de masse, elle joue un rôle important.

L'ajout d'eau provenant des précipitations ou de la fonte des neiges ajoute du poids à la pente. L'eau peut s'infiltrer dans le sol ou la roche et remplacer l'air dans l'espace interstitiel ou les fractures. Comme l'eau est plus lourde que l'air, cela augmente le poids du sol.

Si le matériau devient saturé d'eau, les vibrations peuvent provoquer une liquéfaction, comme cela se produit souvent lors des tremblements de terre.

L'eau peut réduire la friction le long d'une surface de glissement.

L'eau a la capacité de changer l'angle de repos (l'angle de pente qui est l'angle stable pour la pente).

  • Les grains secs non consolidés formeront un tas avec un angle de pente déterminé par le angle de repos. L'angle de repos est l'angle le plus raide auquel un tas de grains non consolidés reste stable et est contrôlé par le contact de friction entre les grains. En général, pour les matériaux secs, l'angle de repos augmente avec l'augmentation de la taille des grains, mais se situe généralement entre 30 et 45° environ. Les particules à grains plus grossiers et angulaires ont un angle de repos plus raide que les particules à grains fins et arrondies.
  • Les matériaux non consolidés légèrement humides présentent un angle de repos très élevé car la tension superficielle entre l'eau et les grains a tendance à maintenir les grains en place.
  • Lorsque le matériau devient saturé d'eau, l'angle de repos est réduit à des valeurs très faibles et le matériau a tendance à s'écouler comme un fluide. C'est parce que l'eau pénètre entre les grains et élimine le contact de friction entre les grains.

Matériaux de la Terre gênants

  • Extensif et Hydrocompactage des sols - Ce sont des sols qui contiennent une forte proportion d'un type de minéral argileux appelé smectites ou montmorillinites. Ces minéraux argileux se dilatent lorsqu'ils deviennent humides lorsque l'eau pénètre dans la structure cristalline et augmente le volume du minéral. Lorsque de telles argiles se dessèchent, la perte d'eau entraîne une diminution du volume et un rétrécissement ou un compactage des argiles (ce processus est appelé hydrocompaction).

Un autre matériau qui montre un gonflement et un compactage similaires à la suite de l'ajout ou de l'élimination d'eau est la tourbe. La tourbe est une matière riche en matière organique accumulée au fond des marécages sous forme de matière végétale en décomposition.

  • Sols sensibles - Dans certains sols, les minéraux argileux sont disposés de manière aléatoire, avec beaucoup d'espace poreux entre les grains individuels. C'est ce qu'on appelle souvent une structure de "château de cartes". Souvent, les grains sont maintenus dans cette position par des sels (tels que du gypse, de la calcite ou de l'halite) précipités dans l'espace interstitiel qui "collent" les particules ensemble. Comme l'eau s'infiltre dans les espaces interstitiels, comme discuté ci-dessus, elle peut à la fois être absorbée par les minéraux argileux et peut dissoudre les sels qui maintiennent le "château de cartes" ensemble.

Le compactage du sol ou le secouage du sol peuvent ainsi provoquer une modification rapide de la structure du matériau. Les minéraux argileux s'aligneront alors les uns avec les autres et l'espace ouvert sera réduit.

Mais cela peut entraîner une perte de résistance au cisaillement du sol et entraîner un glissement vers le bas de la pente ou une liquéfaction.

Matériaux et structures faibles

Les roches contiennent souvent des structures planes qui deviennent des surfaces de glissement si du poids est ajouté ou si le support est supprimé.


    Couches faibles - Certaines roches sont plus solides que d'autres. En particulier, les minéraux argileux ont généralement tendance à avoir une faible résistance au cisaillement. Si une roche ou un sol faible se trouve entre des roches ou des sols plus forts, la couche faible sera l'endroit le plus susceptible de se produire, en particulier si la couche plonge dans une direction descendante comme dans l'illustration ci-dessus. De même, le sable meuble non consolidé n'a pas de force de cohésion. Une couche de ce sable devient alors une couche faible dans la pente.

  • Avions de foliation - La foliation dans les roches métamorphiques est principalement causée par l'alignement des minéraux de silicate en feuille. Étant donné que les silicates en feuille peuvent se briser facilement parallèlement à leur structure en feuille, la foliation ou la schistosité peut devenir une surface de glissement, en particulier si elle plonge dans le sens de la pente descendante.

Processus de mouvement de masse

  1. Défaillances de pente - une rupture soudaine de la pente entraînant le transport de débris vers le bas par glissement, roulement, chute ou affaissement.
  2. Flux de sédiments - le matériau s'écoule en bas de la colline mélangé à de l'eau ou de l'air.
  • Affaissements -types de glissements dans lesquels la rotation vers le bas de la roche ou du régolithe se produit le long d'une surface incurvée. La surface supérieure de chaque bloc d'affaissement reste relativement intacte, tout comme les blocs individuels. Les affaissements laissent des cicatrices arquées ou des dépressions sur le versant de la colline. Les fortes pluies ou les tremblements de terre déclenchent généralement des effondrements.
  • Chutes rocheuses et chutes de débris - Les chutes de pierres se produisent lorsqu'un morceau de roche sur une pente raide se déloge et tombe en bas de la pente. Les chutes de débris sont similaires, sauf qu'elles impliquent un mélange de sol, de régolithe et de roches. Une chute de pierres peut être un seul rocher ou une masse de rochers, et les chutes de pierres peuvent déloger d'autres rochers lorsqu'elles entrent en collision avec la falaise. À la base de la plupart des falaises se trouve une accumulation de matériaux tombés appelés astragale. La pente de l'éboulis est contrôlée par l'angle de repos pour la taille du matériau. Étant donné que les talus résultent de l'accumulation de grosses roches ou de masses de débris, l'angle de repos est généralement plus grand qu'il ne le serait pour le sable.
  • Glissières rocheuses et glissières de débris - Les glissements de roches et les glissements de débris se produisent lorsque des roches ou des débris glissent sur une surface préexistante, telle qu'un plan d'assise ou une surface de joint. Les tas d'éboulis sont courants à la base d'un glissement de terrain ou d'un glissement de débris.

Les écoulements de sédiments se produisent lorsqu'une force suffisante est appliquée aux roches et au régolithe pour qu'ils commencent à s'écouler le long de la pente. Une coulée de sédiments est un mélange de roche, de régolithe avec un peu d'eau. Ils peuvent être divisés en deux types selon la quantité d'eau présente.

  1. Flux de lisier
  2. - sont des coulées de sédiments qui contiennent entre environ 20 et 40 % d'eau. Au fur et à mesure que la teneur en eau augmente au-dessus d'environ 40 %, les écoulements de lisier se dégradent dans les cours d'eau.
  3. Écoulements granulaires
  4. - sont des coulées de sédiments qui contiennent entre 20 et 0% d'eau. A noter que des écoulements granulaires sont possibles avec peu ou pas d'eau. Un comportement de type fluide est donné à ces écoulements en se mélangeant à l'air.

Chacune de ces classes d'écoulements de sédiments peut être subdivisée en fonction de la vitesse à laquelle l'écoulement se produit.

Solifluxion - débit à des débits mesurés de l'ordre du centimètre par an de régolithe contenant de l'eau. La solifluxion produit des lobes distinctifs sur les pentes des collines (voir figure 16.2d) dans votre texte). Celles-ci se produisent dans des zones où le sol reste gelé et est ensuite dégelé pendant une courte période pour se saturer d'eau.

Flux de débris- ceux-ci se produisent à des vitesses plus élevées que la solifluxion et résultent souvent de fortes pluies provoquant la saturation du sol et du régolithe en eau. Ils commencent parfois par des affaissements puis descendent les collines en formant des lobes à surface irrégulière constitués de crêtes et de sillons.

Coulées de boue- un mélange très fluide et à grande vitesse de sédiments et d'eau qui a une consistance de béton humide. Ceux-ci résultent généralement de fortes pluies dans les zones où il y a une abondance de sédiments non consolidés qui peuvent être ramassés par les cours d'eau. Ainsi, après une forte pluie, les ruisseaux peuvent se transformer en coulées de boue car ils ramassent de plus en plus de sédiments meubles. Les coulées de boue peuvent parcourir de longues distances sur des lits de cours d'eau en pente douce. En raison de leur grande vitesse et de leur longue distance de déplacement, ils sont potentiellement très dangereux. Les coulées de boue sur les volcans sont appelées lahars.

Ramper- le mouvement très lent et généralement continu du régolithe vers le bas de la pente. Le fluage se produit sur presque toutes les pentes, mais les taux varient. Des preuves de fluage sont souvent observées dans les arbres courbés, les décalages dans les routes et les clôtures et les poteaux électriques inclinés (voir la figure 16.2c dans votre texte).

Earthflows - sont généralement associées à de fortes pluies et se déplacent à des vitesses comprises entre plusieurs cm/an et des centaines de m/jour. Ils restent généralement actifs pendant de longues périodes. Ils ont généralement tendance à être des caractéristiques étroites en forme de langue qui commencent à un escarpement ou une petite falaise

Flux de céréales - se forment généralement dans un matériau relativement sec, comme une dune de sable, sur une pente raide. Une petite perturbation envoie les grains secs non consolidés se déplacer rapidement vers le bas de la pente.

Débris Avalanches - Il s'agit d'écoulements à très grande vitesse de mélanges de gros volume de roche et de régolithe qui résultent de l'effondrement complet d'un versant montagneux. Ils descendent la pente et peuvent ensuite parcourir des distances considérables le long de pentes relativement douces. Ils sont souvent déclenchés par des tremblements de terre et des éruptions volcaniques. Les avalanches de neige sont similaires, mais n'impliquent généralement que de la neige.

Mouvements de masse dans les climats froids

Les mouvements de masse dans les climats froids sont régis par le fait que l'eau est gelée sous forme de glace pendant de longues périodes de l'année. La glace, bien qu'elle soit solide, a la capacité de s'écouler, et les cycles de gel et de dégel peuvent également contribuer au mouvement.

  • Glaciers rocheux - un lobe de débris rocheux cimentés par la glace (principalement des roches avec de la glace entre les blocs) qui descend lentement (voir figure 16.2e dans votre texte).

Des mouvements de masse se produisent également sur les pentes des bassins océaniques. La plupart des ruptures de pente peuvent survenir en raison d'une accumulation excessive de sédiments sur la pente ou dans un canyon sous-marin, ou peuvent survenir à la suite d'un choc comme un tremblement de terre. 3 types peuvent se produire - (1) affaissements sous-marins et ndash Des blocs cohérents se brisent et glissent, similaires aux affaissements sur terre. (2) Flux de débris sous-marins &ndash Les matériaux en mouvement se brisent et s'écoulent, de la même manière que les flux de débris sur terre. (3) Les sédiments se déplacent comme un nuage turbulent, appelé courant de turbidité. (Voir figure 16.10 dans votre texte).

De gigantesques ruptures de pentes sous-marines sont répandues au fond de l'océan, en particulier autour d'îles comme Hawaï et au large des côtes est et du golfe d'Amérique du Nord. Ils sont beaucoup plus grands que les ruptures de pentes terrestres et constituent un processus important pour sculpter les terres adjacentes. Lorsqu'ils se produisent, ils créent des tsunamis catastrophiques. (Voir les figures 16.11 dans votre texte).

Un mouvement de masse peut se produire chaque fois qu'une pente devient instable. Parfois, comme dans le cas du fluage ou de la solifluxion, la pente est tout le temps instable et le processus est continu. Mais d'autres fois, des événements déclencheurs peuvent se produire et provoquer une instabilité soudaine. Nous discutons ici des événements déclencheurs majeurs, mais il convient de noter que si une pente est très proche de l'instabilité, seul un événement mineur peut être nécessaire pour provoquer une panne et un désastre. Cela peut être quelque chose d'aussi simple qu'une fourmi enlevant le seul grain de sable qui maintient la pente en place.

    Chocs et vibrations - Un choc soudain, tel qu'un tremblement de terre, peut déclencher une instabilité de la pente. Des chocs mineurs comme des camions lourds déambulant sur la route, des arbres soufflés par le vent ou des explosions d'origine humaine peuvent également déclencher des mouvements de masse.

  • Modification de la pente - La modification d'une pente par l'homme ou par des causes naturelles peut entraîner une modification de l'angle de la pente de sorte qu'elle ne soit plus à l'angle de repos. Un mouvement de masse peut alors ramener la pente à son angle de repos.
  • Sous-dépouille - les cours d'eau érodant leurs berges ou l'action de ressac le long d'une côte peuvent saper une pente, la rendant instable.
  • Éruptions volcaniques - produisent des chocs comme des explosions et des tremblements de terre. They can also cause snow to melt or discharges from crater lakes, rapidly releasing large amounts of water that can be mixed with regolith to reduce grain to grain contact and result in debris flows, mudflows, and landslides.

Assessing Mass Movement Hazards

As we have seen mass movements can be extremely hazardous and result in extensive loss of life and property. But, in most cases, areas that are prone to such hazards can be recognized with some geologic knowledge, slopes can be stabilized or avoided, and warning systems can be put in place that can reduce vulnerability.

Because there is usually evidence in the form of distinctive deposits and geologic structures left by recent mass movements, it is possible to construct maps of all areas prone to possible landslide hazards (see the National Landslide hazards map at http://landslides.usgs.gov/hazards/nationalmap/).

Detailed local maps can usually be obtained from individual state agencies.

Planners can use such hazards maps to make decisions about land use policies in such areas or, as will be discussed below, steps can be taken to stabilize slopes to attempt to prevent a disaster or minimize its effects.

Short-term prediction of mass-wasting events is somewhat more problematical. For earthquake triggered events, the same problems that are inherent in earthquake prediction are present. Slope destabilization and undercutting triggered events require constant monitoring. Mass movement hazards from volcanic eruptions can be predicted with the same degree of certainty that volcanic eruptions can be predicted, but again, the threat has to be realized and warnings need to be heeded. Hydrologic conditions such as heavy precipitation can be forecast with some certainty, and warnings can be issued to areas that might be susceptible to mass movement processes caused by such conditions. Still, it is difficult of know exactly which hill slope of the millions that exist will be vulnerable to an event triggered by heavy rainfall.

Some warning signs can be recognized by observations of things around you:

  • Springs, seeps, or saturated ground in areas that have not typically been wet before.
  • New cracks or unusual bulges in the ground, street pavements or sidewalks.
  • Soil moving away from foundations.
  • Ancillary structures such as decks and patios tilting and/or moving relative to the main house.
  • Tilting or cracking of concrete floors and foundations.
  • Broken water lines and other underground utilities.
  • Leaning telephone poles, trees, retaining walls or fences
  • Offset fence lines.
  • Sunken or down-dropped road beds.
  • Rapid increase in creek water levels, possibly accompanied by increased turbidity (soil content).
  • Sudden decrease in creek water levels though rain is still falling or just recently stopped.
  • Sticking doors and windows, and visible open spaces indicating jambs and frames out of plumb.
  • A faint rumbling sound that increases in volume is noticeable as the landslide nears.
  • Unusual sounds, such as trees cracking or boulders knocking together, might indicate moving debris. (from USGS Landslide Hazards -http://landslides.usgs.gov/learn/prepare.php)

Prevention and Mitigation


Tous pentes are susceptible to mass movement hazards if a triggering event occurs. Thus, all slopes should be assessed for potential landslide hazards. Mass movements can sometimes be avoided by employing engineering techniques to make the slope more stable. Among them are:

  • Steep slopes can be covered or sprayed with concrete covered or with a wire mesh to prevent rock falls.
  • Retaining walls could be built to stabilize a slope.
  • If the slope is made of highly fractured rock, rock bolts may be emplaced to hold the slope together and prevent failure.
  • Drainage pipes could be inserted into the slope to more easily allow water to get out and avoid increases in fluid pressure, the possibility of liquefaction, or increased weight due to the addition of water.
  • Oversteepened slopes could be graded to reduce the slope to the natural angle of repose.
  • In mountain valleys subject to mudflows, plans could be made to rapidly lower levels of water in human-made reservoirs to catch and trap the mudflows.
  • Trees or other vegetation could be planted on bare slopes to help hold soil.

Some slopes, however, cannot be stabilized, or only stabilized at great expense. In these cases, humans should avoid these areas or use them for purposes that will not increase susceptibility of lives or property to mass movement hazards.

Hopefully the information provided here will help you avoid death or loss of your property by mass movement

Examples of questions on this material that could be asked on an exam

    What is the main force responsible for mass movements? How is this force affected by slope angle?


Tour the National Parks

The national parks may be America's best idea, saving the finest parts of the nation for everyone to enjoy forever. What better way to learn about the natural world than to tour the parks with us? We'll explore how the mountains and valleys formed and why they often come with volcanoes and earthquakes. You'll see what really killed the dinosaurs and how we can help save their modern relatives in the parks. With film clips, slide shows, and our geological interpretations of classic rock songs, isn't it time for a road trip?

Tour Overview

Watch a brief video introduction from Dr. Alley!

GEOSC 10 Introduction with Dr. Richard Alley
Click for transcript

Welcome to Geosciences 10. I'm Richard Alley, and I'll be your tour guide to the geology of the national parks. In the course of the semester, we're going to visit some of the most beautiful and interesting places in the world. We're going to ask some big questions. Why are there mountains and volcanoes and earthquakes? Um, why are the mountains torn down by rivers, by glaciers? Um, what's the history of this planet, how do we live on the planet, how do we stay happy and healthy and terrific with the planet? And while we're doing it, we are going to visit some of the most beautiful and wonderful places on the planet. By the end of the semester, we're all going to know a lot more about the national parks, and you are going to be so excited that next summer you're going to be off to visit one because they're such wonderful places. Have a great semester. I'm going to jump on my bicycle and head into school and get to it.

Trip Reviews

The more I learned in your class, the more I wanted to learn.

Your enthusiasm and passion for the subject matter was very inspiring, and I looked forward to doing the assignments and readings each week.

I did not want to leave school behind me without letting you know how much your class meant to me, and how much it helped me.

About Your Guides

Dr. Richard Alley, Evan Pugh Professor of Geosciences and Dr. Sridhar Anandakrishnan, Professor of Geosciences, will be your guides through the national parks and the worlds of geology, tsunamis, volcanoes, glaciers, deep time, evolution, extinction, biodiversity and global warming.


Digital Geological Map Data of Great Britain - 10k (DiGMapGB-10) Mass Movement version 2

Data identifying landscape areas (shown as polygons) attributed with type of mass movement e.g. landslip. The scale of the data is 1:10 000 scale. Onshore coverage is partial with approximately 30% of England, Scotland and Wales available in the version 2 data release. BGS intend to continue developing coverage at this scale current focus is to include all large priority urban areas, along with road and rail transport corridors.

Mass movement describes areas where deposits have moved down slope under gravity to form landslips. These landslips can affect bedrock, superficial or artificial ground.

Mass movement deposits are described in the BGS Rock Classification Scheme Volume 4. However the data also includes foundered strata, where ground has collapsed due to subsidence (this is not described in the Rock Classification Scheme).

Caution should be exercised with this data historically BGS has not always recorded mass movement events and due to the dynamic nature of occurrence significant changes may have occurred since the data was released.

The data are available in vector format (containing the geometry of each feature linked to a database record describing their attributes) as ESRI shapefiles and are available under BGS data licence.


Mass Wasting and Permafrost

In addition to falls, landslides, flows and creep, mass wasting processes also contribute to the erosion of landscapes in areas prone to permafrost. Because drainage is often poor in these areas, moisture collects in soil. During the winter, this moisture freezes, causing ground ice to develop. In the summer, the ground ice thaws and saturates the soil. Once saturated, the layer of soil then flows as a mass from higher elevations to lower elevations, through a mass wasting process called solifluction.


Study Questions, Problems, and Exercises

Essay Questions

(1). Discuss in detail the formation of sedimentary rocks. Also, include in your answer information concerning their composition, lithification, and naming.

(2). Explain why the theory of plate tectonics explains lithospheric phenomena like earthquakes, mountains, volcanoes, folding, and faulting.

(3). Compare and contrast the structure, composition, and formation of igneous and sedimentary rocks.

(4). Discuss the classification of clastic sedimentary rocks according to particle types.

(5). Outline the Bowen reaction series. What does it tell us about the formation of minerals in igneous rocks?

(6). What geologic features are found at the boundaries of tectonic plates? Briefly explain how plate tectonics is responsible for their formation or occurrence.

(7). What evidence exists for the theory of plate tectonics

(8). Describe the various types of igneous rocks that exist according crystal size, magma chemistry, and the quantity of various mineral types.

(9). Discuss how heat, pressure, and the chemical action of fluids act to create metamorphic rocks. Describe some of the common types of metamorphic rocks.

(10). What is the difference between clastic and non-clastic sedimentary rocks? What are the two general types of non-clastic sedimentary rocks that exist? Finally, give two examples of each of these three rock types.

(11). What are the eight most common elements found in minerals? Describe the nine major groups of minerals.

(12). Describe the various layers that make up the solid Earth.

(13). Describe the various physiological features associated with the ocean basins.

(14). What is a volcano? Where and why do they form? Describe the five different types of volcanoes.

(15). Describe the various physiological features associated with the Earth's terrestial surface.

(16). Describe the various physiological features associated with the Earth's ocean basins.

(17). Outline the various processes of physical, chemical, or biological weathering.

(18). Erosion can be seen as three processes: detachment, entrainment and transport. Discuss these three processes in relation to following two erosional mediums: water and ice.

(19). Discuss the nature of hillslope failure processes as related to cohesive and non-cohesive materials slope materials.

(20). Describe the physical characteristics of a location that would favor each of the following types of mass movements: rockfall, rockslide, mudflow, slump, and creep.

(21). What is a glacier? What conditions are necessary for a glacier to form? Why did continental glaciers form over certain specific regions of the North American continent?

(22). Describe the overall impact of extensive alpine glaciation on the mountainous regions of British Columbia. What are some of the more important erosional and depositional landforms?

(23). By what processes do waves and currents erode coasts? Briefly describe each process?

(24). What coastal environmental conditions favor coastal erosion? What conditions favor coastal deposition?

(25). How do glaciers influence the surface configuration of the Earth by way of erosion and deposition? Give plenty of examples in your answer.

(26). What are some of the common features associated with continental glaciation? How are these features formed?

(27). Briefly describe SIX depositional features associated with continental glaciation.

(28). How does beach drift and longshore drift move sediment along coastlines?

(29). What factors often trigger mass movement?

(30). Describe the various processes that operate in periglacial regions.

(31). Describe the common landforms found in periglacial regions.

(32). Describe some of the landforms common to environments influenced by eolian processes.

(33). Describe some the important characteristics of soil.

(34). What five factors are important in pedogenesis? Expliquer. Outline how the pedogenic processes operate.

(35). Describe the Canadian and US systems of soil classification.


A Constitutive Equation for Mass-Movement Behavior

A phenomenological constitutive equation can serve as a basis for modeling and classifying mass-movement processes. The equation is derived using the principles of continuum mechanics and several simplifying assumptions about mass-movement behavior. These assumptions represent idealizations of field behavior, but they appear highly justifiable in light of the geomorphological insight that can be gained through modeling application of a mathematically tractable constitutive equation. The equation represents coupled pressure-dependent plastic yield and nonlinear viscous flow deformation components. The plastic yield component is a generalization of the Coulomb criterion to three-dimensional stress states, and the effect of pore-water pressures is accounted for by treating normal stresses as effective stresses. The nonlinear viscous flow component is a dimensionally homogeneous form of a three-dimensional power-law equation. Straightforward laboratory and field experiments can be used to estimate all plastic and viscous parameters in the constitutive equation. Reduction of the three-dimensional constitutive equation to two-and one-dimensional forms shows that it embodies, as special cases, many other constitutive models for mass movement. These include models of creeping, slumping, sliding, and flowing types of deformation. The equation may, therefore, serve as a conceptual basis for rheological classification of diverse mass-movement phenomena.


Geography 12

Location: The Southern section of the Rocky Mountains, near the border of Alberta and British Colombia on Turtle Mountain. The nearby town of Frank was bustling at the time due to the opening of a coal mine at the base of the mountain in 1901. The mountain was also famous for the native lore that surrounded it, and it got its name from the slow rock movement that the natives believed was occurring on it.

Cause: The base of the mountain is made up of coal and rock fragments, and the surface if limestone and dolomite. Over a very long time water began seeping into the cracks at the base of the mountain causing it to become very unstable.

Occurrence: The Frank Slide happened on April 29, 1903 at about 4:10 am. The East side of the mountain gave way causing large slabs of rock to tumble into the valley. The dimensions of the section of rock that fell was 150 meters deep, 425 meters high and one kilometer wide. The rocks slid 701 meters down into the valley and covered it in about two square miles of rock.

Damage: - caused a blockage of the Crowsnest River creating a lake
- bridges across Gold Creek and Old Man River were destroyed
- two miles of the CPR was covered and was not back in operation until a month later
- the entrance to the coal mine was buried, miraculously 17 miners were able to find there way out within a day
- seven houses were buried, outbuildings were destroyed, and many tents providing temporary housing were wiped out
- the town's power plant and cemetery were buried
- a construction camp and town car were also buried
- 76 people were killed, 24 people in the path of the slide survived, only 12 bodies were recovered

Aftermath: The South part of the town of Frank was forced to be closed down by the government in 1911. In 2005 a permanent monitoring station was built for the movement of the mountain. In 1985 an interpretive center was built for people to learn about the slide.

Location: On Johnson Peak, 12 miles South of the town of Hope, BC. Hope is East of Vancouver where the Fraser valley meets the Coast Mountain range.

Cause: A first earthquake at a about 3:56 am on January 9, 1965, three hours later another earthquake occurred causing the slide.

Occurrence: The first earthquake caused a small avalanche that blocked off the highway in the area. Due to the fact that there was so much snow at that time of the year no one predicted that the whole rock face of the mountain was going to come tumbling down. Three hours later the entire southeast slope of Johnson Peak came tumbling down. About 60 million cubic yards of rock, snow, mud and trees tumbled 6000 feet into the valley below. The depth of the debris was about 200 feet.

Damage: - Outram Lake was obliterated
-two miles of highway was covered
-four people were buried, but only two of four bodies were found

Aftermath: Since the rocks were too deep to move they had to rebuild the highway around it, yet since the mountain was in a more remote area then the Frank Slide there was not too much damage that had to be repaired.

Portuguese Bend, California

Location: The Palos Verdes Hill in California. Part of a peninsula.

Cause: A housing development that began in the 1950's, and a road that was built. Also due to the fact that pools, and underground pipes were constructed it meant that the ground had increased water levels.

Occurrence: The first signs of the slide was on August 17, 1956. Cracking was occuring in buildings around the area and although the cracks were repaired they all showed up again a couple days later. Soon the cracking began to go onto the road as well, and soon after that distortions in the road were also visible. Every day there would be about 7-10 cm of movement. The movement and sliding effected about 80 acres of land, much of it being residential areas.

Damage: Although no one died, many had to leave their homes and a lot of construction work had to be done in order to repair the damage.

Aftermath: All water lines have been moved to the surface in order to not increase the amount of water in the ground, and people no longer live in the area.