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Composition chimique de la Terre
Densité des roches de la croûte et du manteau terrestre.
Objectif :
Mesurer la masse volumique de différentes roches recueillies à la surface de la Terre pour en
évaluer la densité. Utilisation des lois de Birch. Comparaison avec le modèle sismique de la
Terre. (cf. activité 2)
Matériel nécessaire :
- échantillons de granite, basalte, péridotite, calcaire, pélites, grès …
- éprouvette graduée
- balances
Protocole à mettre en œuvre :
- peser chaque échantillon à la balance de précision (m en g)
- évaluer le volume (en cm3) de chaque échantillon en le plaçant dans une éprouvette
contenant un volume d’eau déterminé
- calculer la masse volumique de chaque échantillon (en g/cm3) = masse/volume. Le passage
à la densité est simple car il s’agit du rapport masse volumique de la roche sur masse
volumique de l’eau qui est de 1g/cm3 ;c’est un nombre sans unité.
Quelques exemples de résultats obtenus à partir d’échantillons récoltés dans la région
ou trouvés dans des tiroirs du laboratoire:
- péridotite, altérée, en inclusion dans basalte: 3.26
- péridotite, très altérée, d’une nappe de charriage: 2.95
- gabbro, altéré: 2.85
- basalte à olivine, sain: 3.00
- granite 1, sain: 2.60
- granite 2, sain: 2.61
- grès: 2.52
- calcaire lithographique: 2.66
-
comparaison avec le modèle de densité des enveloppes aujourd’hui admis.
Les résultats obtenus peuvent être confrontés avec ceux calculés à partir de la loi empirique
de Birch. (cf. document 7) Les élèves peuvent calculer la masse atomique moyenne des
roches à partir de leur composition. (cf. document 8)
- calcul de la vitesse de propagation des ondes P dans les roches (péridotites par exemple)
Vp = -1,87 + 3,05 masse volumique
- Envisager les relations composition / densité / vitesse moyenne de propagation des ondes
sismiques. (cf. activité 2)
Document 7 :
Loi de Birch
J.P. POIRIER «Les profondeurs de la Terre » MASSON 91
Document 8 : Tableau simplifié de la composition des roches.
Composition
Granite
Basalte
Lherzolite
chimique
SiO2
Al2O3
Fe0 + Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
73,9
13,8
1,91
0,26
0,72
3,51
5,13
47,1
14,2
11
12,7
9,9
2,2
0,4
45,3
3,6
7,3
41,3
1,9
0,2
0,1
Remarque : la somme des valeurs de chaque colonne est différente de 100 car tous les
constituants des roches n’ont pas été reportés ici (TiO2, H2O, P2O5)
Principe du calcul de la masse atomique moyenne : effectuée avec ou sans tableur
la masse atomique moyenne d’une roche étant la moyenne pondérée des masse atomiques
moyennes des minéraux constituants :
- calculer la masse atomique moyenne de chaque constituant minéral : somme des masses
atomiques des atomes de la formule divisée par le nombre d’atomes de la formule – exemple :
SiO2 = (28,3 + 16 X 2) / 3 g/at
- effectuer la moyenne pondérée avec le tableau des masses atomiques moyennes des
minéraux constituants.
Académie de TOULOUSE :
Contribution du lycée Ozenne de TOULOUSE
du lycée Bagatelle de St-GAUDENS et du lycée Clément MAROT de CAHORS