Dynamique des plaques et divergence

Dynamique des plaques et divergence
Pré-requis (cycle central) : Les séismes sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre : ils se
produisent surtout le long de l’axe des dorsales océaniques, et dans les chaînes de montagnes, à l’aplomb des fosses
océaniques. Le volcanisme est l’arrivée en surface de matière minérale en fusion : le magma. Un magma est un liquide issu
de la fusion localisée d’un volume restreint de roche, à plusieurs kilomètres de profondeur. Le refroidissement par étapes du
magma, sa solidification sous forme de cristaux ou de verre, donnent naissance aux roches volcaniques. La structure de la
roche conserve la trace des conditions du refroidissement. Les volcans actifs sont répartis de façon irrégulière à la surface du
globe, sur les continents et dans les océans : dans la partie axiale des dorsales, le fond des océans présente des fissures le long
desquelles est émis du basalte.
Objectifs du chapitre : Voir le document
Introduction
Activités et supports
Mobilisation des pré-requis ; utilisation du
logiciel Sismic Waves{téléchargement gratuit
sur : http://svt.scola.acparis.fr/ressource/outils/Terminales.php}
Situation déclenchante 1 (1h)
Constat : La localisation mondiale des séismes et volcanisme montre
l’existence de zone de calme relatif et d’autres de forte activité. Aux
zones d’activité correspondent différents types de reliefs importants ; ce
sont aussi des limites de plaques. Les zones de faible activité sismique et
volcanique sont intra-plaques. Plaque lithosphérique : (12 majeures)
portion de la lithosphère formée de la croûte et d’une partie du manteau
supérieur, plus rigide que l’asthénosphère sous-jacente. La lithosphère est
découpée en plaques animées de mouvement relatif les unes par rapport
aux autres
Problème : comment déterminer les mouvements des plaques au
cours du temps ?
Stratégie 1 : On étudie les mouvements (actuels) absolus de déplacement
à la surface du globe ; relatifs des plaques entre elles (soit en
convergence, en divergence ou en décrochement).
Stratégie 2 : On étudie les mouvements passés par les traces observables
qu’ils ont laissées.
1. Les mesures des mouvements des plaques
1-1- La mesure des mouvements actuels
(2h)
Stratégie 1 : On étudie les mouvements (actuels) absolus de déplacement à la surface du globe ; relatifs des plaques entre
elles (soit en convergence, en divergence ou en décrochement).
Activité et support
TP : Mesure des déplacements des plaques par
GPS{http://www2.aclyon.fr/enseigne/biologie/ress/geologie/gps}
(Utilisation des fonctions graphiques d’Excel).
Notions
Actuellement les plaques lithosphériques sont en mouvement les unes par
rapport aux autres : ces mouvements sont en convergence (zones de
subduction et de collision), en divergence (dorsales) et en décrochement
(le long de failles transformantes). La mesure des déplacements est
mesurable par positionnement satellitaire : GPS (Global Positionning
System).
1-2- La mesure des mouvements passés
(1h)
Stratégie 2 : On étudie les mouvements passés par les traces observables qu’ils ont laissées.
Travail en groupes autour de documents
montrant les traces de déplacements anciens :
arguments de Wegener{Manuel SVT 1ère S,
éditions NATHAN, 2001 : page 309},
localisation des pôles magnétiques{Manuel
SVT 1ère S, éditions BELIN, 2001 : page 67},
de paléomagnétisme{Manuel SVT 1ère S,
éditions BELIN, 2001 : page 69}, des volcans
des chaînes d’Hawaii et de l’Empereur{Manuel
SVT 1ère S, éditions NATHAN, 2001 :
page305},
Différentes données géologiques ( alignement des volcans de points
chauds, anomalies magnétiques et les paléo-environnements) permettent
de reconstruire les directions et les vitesses des mouvements des plaques
ainsi que leurs variations pour les 250 derniers millions d'années de
l'histoire de la Terre. On voit ainsi qu’il existait un continent unique, la
Pangée, et un océan unique, la Panthalassa.
2. Les océans et la tectonique en divergence
Constat : Ce continent s’est disloqué, séparant des blocs continentaux entre eux et créant de nouveaux océans.
Questions : Comment un océan se forme-t-il ?
Hypothèse : Il y a fracturation continentale des roches sous une dynamique en extension, un magmatisme intense se met en
place (dorsale) qui forme du plancher océanique.
Conséquence vérifiable 1 : On doit trouver de nombreuses structures géologiques (failles…) témoignant d’une distension.
Conséquence vérifiable 2 : Le magmatisme des dorsales est intense.
Conséquence vérifiable 3 : Le matériel constituant le plancher océanique est d’origine volcanique unique.
2-1- Structure du plancher océanique : une origine volcanique unique ? (2h)
Conséquence vérifiable 3 : Le matériel constituant le plancher océanique est d’origine volcanique unique.
Stratégie 3 : Connaître la composition du plancher océanique.
Extrait vidéo Oman, la plus belle ophiolite du
monde{éditions CRDP}
TP : Comparaison minéralogique et chimique
des roches constituant la croûte océanique
(échantillons et lames de basalte, gabbros et
péridotite ; composition chimique comparée du
basalte et du gabbro{Manuel SVT 1ère S,
éditions BELIN, 2001, page 103 exercice 7}
,expériences de cristallisation de la
vanilline{Manuel SVT 1ère S, éditions BELIN,
2001, page 95})
Schéma de la structure du plancher océanique{Manuel SVT 1ère S,
éditions BORDAS, 2001, page 333 exercice 2 document 2}. En
s’éloignant de la dorsale, la croûte océanique s’épaissit parle dépôt de
sédiments, en même temps, les roches constitutives se gorgent d’eau : il y
a hydratation des minéraux.
Basalte et gabbro présentent la même composition chimique et minérale,
seule la cristallisation est différente, elle est entière pour le gabbro et
partielle pour le basalte, la vitesse de refroidissement est en cause dans la
cristallographie différentielle observée.
Question : Quelle est l’origine de tous ces matériaux volcaniques ?
(Cette question est posée spontanément par les élèves à ce moment-là, je
la note soigneusement, en leur précisant que nous y répondrons plus
tard)
Conséquence vérifiable 2 : Le magmatisme des dorsales est intense.
Stratégie 2 : Observer les phénomènes présents au niveau d’une dorsale.
Extrait vidéo La grande fissure {éditions TF1
vidéos, extrait de la minute 18 à la 23}
Les dorsales présentent une activité tectonique permanente et importante
de l’ordre de 20km3 par an de magma produit. Ce magma arrivant dans
l’eau donne des structures spécifiques : les pillow-lavas, subissant un
phénomène de trempe dans l’eau froide et sous pression des océans.
2-2- La dynamique en extension se retrouve dans les reliefs
(6h)
Conséquence vérifiable 1 : On doit trouver de nombreuses structures géologiques (failles…) témoignant d’une distension.
Stratégie 1 : Modéliser une structure en distension, observer les résultats, les retrouver sur le terrain.
Conception du protocole et utilisation d’un
La réalisation de contraintes en extension dans des matériaux meubles
modèle réduit de déplacement tectonique{Jeulin montre :
ou Pierron}
Des failles normales : fracture dans les roches correspondant à une
dynamique extensive et dont le rejet horizontal (déplacement des
terrains) correspond à un allongement de la surface occupée par les
terrains (amène des terrains jeunes au-dessus des plus anciens).
Des reliefs en gradin : un ensemble de failles normales découpant un
paysage conduit à la mise en place de blocs décalés en altitude dans
le sens de l’extension, c’est un relief en gradins.
Des bassins de sédimentation : dépressions à fond plat (ou concave)
qui est un lieu de sédimentation (dépôt de sédiments).
Question : Ces marqueurs se retrouvent-ils sur le terrain en marge
continentale ?
Classe de terrain : Recherche des éléments
caractéristiques d’une ouverture océanique sur
la marge continentale méditerranéenne, la
basse vallée de l’Hérault
Etude du profil sismique de la marge
méditerranéenne
Lors de l’ouverture d’un océan, des structures caractéristiques d’une
tectonique en extension se mettent en place : failles normales et reliefs en
gradins qui permettent une sédimentation importante d’abord de type
fluviatile, puis lacustre et enfin marin. Ces phénomènes géologiques se
retrouvent dans les zones bordant ces océans et dans les sous-sols par
échographie sismique (sismique réflexion). On appelle ces zones les
marges passives des continents. L’ensemble de l'activité des failles
normales, permet l'amincissement de la lithosphère et le passage à la
croûte océanique.
2-3- La production des magmas basaltiques (2h)
Etude de documents : Composition des produits
de la fusion partielle d’une péridotite,
géothermes et solidus{Manuel SVT 1ère S,
éditions NATHAN, 2001, page 325}
Argument chimique : il est possible que une péridotite du manteau
asthénosphérique donne par fusion partielle (à 20% environ) un magma
basaltique et un résidu solide qui s’accumule en base de croûte et épaissit
la partie mantélique de la lithosphère.
Argument thermodynamique : la fusion des basaltes, donc l’obtention des
laves basaltiques (composition minéralogique des basaltes à peu de
pyroxène) s’obtient pour une pression représentant une profondeur de 50
à 100 km.
Argument thermique : le géotherme moyen des océans ne croise pas le
solidus des péridotites mais celui des dorsales fait apparaître une fusion
possible autour de 20% à 50km : il s’agit d’une fusion partielle des
péridotites.
3. Energie et mouvement
(3h)
Constat : Il existe sous les dorsales des conditions thermiques différentes de celles existant ailleurs dans les océans.
Problème : Comment expliquer les différences de températures sous la lithosphère ?
Hypothèse 1 : Il existe des flux différentiels de chaleur donc des systèmes de propagation de la chaleur autres que la
conduction.
Activité et support
Etude de documents{Manuel SVT 1ère S,
éditions BORDAS, 2001, page 326 document 2
et page 327 document 3}.
Expérience de modélisation analogique{Manuel
SVT 1ère S, éditions HATIER, 2001, page 345}.
Images de modélisation
numérique{http://www.isteem.univmontp2.fr/perso/machetel/anim.html}
Images de tomographie
sismique{http://www.acnice.fr/svt/aster/sismo/tomosism/tomograf.htm}
Notions
Le flux de chaleur en surface est la manifestation principale de la
dissipation de l’énergie interne. La chaleur interne a pour origine essentielle
la désintégration de certains isotopes radioactifs.
La fabrication de la lithosphère océanique, la subduction et les mouvements
des plaques lithosphériques sont les manifestations d'une convection
thermique à l'état solide du manteau (transport de chaleur par mouvement
de matière). Les dorsales océaniques traduisent des courants montants
chauds de matériel du manteau. Les plaques en subduction traduisent des
courants descendants froids.
Le magmatisme lié aux points chauds marque la remontée ponctuelle de
matériel du manteau profond. Il s'exprime par des éruptions massives de
laves basaltiques (plateaux océaniques, trapps, alignements insulaires).
Conclusion
Schéma bilan de la régulation de la glycémie{Manuel SVT 1ère S, éditions NATHAN, 2001, page 315}