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BCPST.1 – 851 et 852.
Lundi 27/04/2008.
DS n° 6.
Durée : 3 heures
Quelques aspects du magmatisme.
Le devoir est constitué de plusieurs parties indépendantes.
I- Processus fondamentaux du magmatisme
Exercice 1.
42,1
Basalte
MORB
48
Basalte intraocéanique
46,53
0,2
0,1
2,4
2,28
Al2O3
3,6
0,5
14,5
14,31
CaO
2
0,1
10
10,32
Na2O
0,2
0,1
2,2
2,85
K2O
0,1
0
0,4
0,84
FeO
7,5
7
11
12,32
MgO
41,3
50,1
13
9,54
Lherzolites
Harzburgites
SiO2
45,1
TiO2
Tableau récapitulatif des teneurs des péridotites et des basaltes
en éléments majeurs sous forme d’oxydes (% pondéraux).
1. Expliquer, schéma à l’appui, la fusion d’un mélange binaire de minéraux immiscibles à
l’état solide.
2. Dans un processus de fusion partielle, que représentent les quatre roches du tableau ?
Justifier votre réponse.
3. A partir de chacun des huit pourcentages d’oxydes, calculer un taux de fusion partielle,
pour chacun des basaltes.
4. Les résultats obtenus pour une même roche sont-ils cohérents entre eux ? Si ce n’est pas le
cas, expliquer pourquoi et préciser quelle est la meilleure estimation du taux de fusion
partielle.
5. Comparer les résultats obtenus pour les deux basaltes et commenter.
Exercice 2.
En simplifiant beaucoup, on admettra qu’un basalte A est formé de 50 % de diopside et de 50 % de
labradorite (60 % d’anorthite / 40 % d’albite).
1. Tracer sur un diagramme ternaire l’allure des surfaces de liquidus du mélange (diopside –
anorthite - albite) sachant que :
Les températures de fusion Tf sont les suivantes :
Tf diospide = 1 350 °C
Tf anorthite = 1 553 °C
Tf albite = 1 120 °C
Le mélange diopside – anorthite a un eutectique E1 pour 44 % d’anorthite à 1 270 °C.
Le mélange diopside – albite a un eutectique E2 pour 94 % d’albite à 1 100 °C.
Compte tenu de ces données, tracer approximativement l’allure des isothermes sur le
diagramme.
2. Tracer alors et commenter la courbe d’évolution du liquide lors de la cristallisation du
basalte choisi, sachant que la dernière goutte de liquide cristallise sur E1-E2 en C
(anorthite 20 % ; albite 50 % ; diopside 30 %).
II- Magmatisme et géodynamique
II-1. Le volcanisme des îles.
1. Les îles de la Société (Polynésie).
Dans le secteur du Pacifique Sud, on rencontre un ensemble d’îles volcaniques dont certaines
culminent à plus de 200m (Tahiti Nui) et d’autres ne dépassent que de quelques mètres le niveau de
la mer (atolls de Scilly ou de tupa par exemple).
A / Le tableau 1 recense quelques caractéristiques de certaines îles appartenant à l’archipel de
Société. Ces îles sont globalement alignées d’est en ouest , Méhétia étant à l’est de l’alignement.
Nom de l’île
Mehetia
Tahiti Iti
Tahiti nui
Raïatea
Tahaa
Bora-Bora
Tupaï
Distance à Mehetia en
km
0
145
180
400
420
458
500
Altitude en mètres
453
1325
2235
1017
590
727
quelques mètres
Tableau 1 quelques caractéristiques de l’archipel de La Société
(voir ANNEXE en fin de devoir)
Age en millions
d’années
0.1
0.4
1
2.4
2.9
3.2
4.3
Etablissez une relation graphique entre l’âge absolu des îles et leur distance à l’île Méhétia.
Quelles information apporte ce graphe ? Proposez une explication concernant l’origine de
l’archipel en rapport avec la théorie de la tectonique des plaques.
Méhétia est-elle à l’est ou à l’ouest de la dorsale pacifique. Justifiez votre réponse.
Estimez la vitesse d’expansion de l’océan pacifique.
B/ Le tableau 2 fournit l’analyse chimique en éléments majeurs d’une roche volcanique
échantillonnée sur l‘une des îles en pourcentages pondéraux et de la péridotite source.
roche
péridotite
Si O2
42.8
44.5
Al2O3
13.55
1.8
Fe2O3
16.9
7.2
MgO
8.02
42.8
CaO
9.8
1.6
Na2O
7.02
0.3
K2O
2.11
0.1
Que pensez vous du taux de fusion partielle ayant donné naissance à la roche? Justifiez votre
réponse.
C/
Pour un volcan de hauteur h et une colonne de magma de hauteur H, écrivez l’équation reliant
H, h, L, M et vérifiant l’équilibre des pressions.
L’île sur laquelle a été échantillonnée la roche a une altitude de 2000 mètres et repose sur un
plancher situé à une profondeur de 4000mètres.
Calculez la profondeur du site où s’opère la fusion partielle. Commentez le résultat obtenu.
2. La Nouvelle Calédonie.
La figure ci-dessous est une coupe géologique de la partie méridionale de l’île. Les terrains
numérotés de 3 à 5 sont regroupés sous l’appellation de « complexe ophiolitique de Nouvelle
Calédonie »
Justifiez cette appellation.
A quel type d’ophiolites se rattache celle de Nouvelle Calédonie ?
Quelles sont les raisons possibles de l’absence de basaltes ?
NB la dunite est une péridotite constituée de 95% d’olivine
II.2. Mobilité de la lithosphère océanique
2.1 Définir structuralement et pétrographiquement la lithosphère océanique en rappelant les
principales données utilisées et les variantes éventuelles par rapport à un schéma type.
2.2 Le document suivant présente :
En (a) : le profil magnétique de l’Eltanin réalisé en 1965 par W. Pitman dans l’océan
Pacifique par 51°S de latitude. Ce profil a été levé sur une longueur de 1000km et selon une
direction perpendiculaire à l’axe de la dorsale.
En (b) l’échelle paléomagnétique établie pour les 20 derniers millions d’années.
En quoi les données du document permettent elles de valider l’hypothèse d’une expansion des
fonds océaniques ?
Evaluez la vitesse d’expansion pour l’Océan Pacifique Sud et discutez de la valeur obtenue
2.3 On s’intéresse maintenant aux conditions de fusion partielle du manteau péridotitique . Le
document suivant présente les courbes de solidus (anhydre et hydraté), ainsi que le liquidus
des péridotites lherzolitiques ; on y a reporté le géotherme moyen océanique et le géotherme à
l’aplomb de la dorsale. Le solidus humide caractérise un taux d’hydratation de la péridotite de
5.7%.
A l’aide du document, identifiez les modalités qui permettent, à partir du point repère (A)
placé dans une situation initiale de manteau anhydre, et en ne faisant varier qu’un paramètre
à la fois, d’obtenir la fusion partielle de la péridotite.
2.4 L’ophiolite d’Oman présente à l’affleurement différents faciès ; les clichés (a) et (b) du
document suivant proposent respectivement :
En (a) les gabbros lités à la base de la croûte océanique
En (b) les péridotites de type harzburgite de la semelle mantellique
(a)
(b)
Légendez les deux clichés le plus précisément possible ; vous indiquerez notamment les
formules chimiques des principaux minéraux constitutifs des ces deux roches.
Deux hypothèses prévalent aujourd’hui pour expliquer le litage des gabbros ; la première est
celle d’une sédimentation dans la chambre magmatique crustale.
Comment envisager dans ce cas la ségrégation minéralogique qui s’opère entre les différents
lits du gabbro ?
La seconde hypothèse complémentaire de la première vise à expliquer le développement
simultané des anisotropies planaires dans les péridotites et dans les gabbros sus jacents.
Proposez un modèle dynamique qui, au niveau d’une dorsale océanique, serait à même de
valider une telle hypothèse.
3. Synthèse
Construisez un schéma synthétique explicitant le problème suivant : « la dynamique de la
lithosphère océanique et ses interactions avec le manteau asthénosphérique »
Ce schéma intègrera les principaux aspects évoqués dans les parties précédentes, cherchera à
élargir la problématique en dehors des dorsales et à expliciter les différentes forces
susceptibles d’animer cette dynamique.
ANNEXE EXERCICE II-1