Le système solaire, la formation de la Terre et la différenciation
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La Terre dans lʼUnivers! La place du système solaire dans notre Galaxie! 4. Le système solaire! ! !4.1. Constitution du système solaire! ! ! ! ! ! ! ! !4.1.1. Le Soleil! !4.1.2. Les planètes tellurique! !4.1.3. Les planètes géantes ou planètes gazeuses! !4.1.5. Les satellites! !4.1.6. Les comètes! !4.1.7. Les astéroïdes! ! !4.2. La Formation du système solaire! ! ! ! ! ! !4.2.1. La géométrie du système solaire! !4.2.2. Les météorites! !4.2.3. Le modèle de la nébuleuse froide! !4.2.4. La formation des proto-planètes! ! vous êtes ici! 1! La Terre dans l'Univers! le système solaire! La Terre dans l'Univers! 2! le système solaire! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! Plan de lʼorbite terrestre ! ! ! = référence ! Lois de Kepler :! = Ecliptique! a) !Orbites elliptiques.! ! b) !La ligne joignant la planète au Soleil balaie des secteurs égaux en des temps égaux.! c) !Le carré de la période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle au cube du demi-grand axe de lʼellipse.! !(La période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle à leur distance au Soleil).! La Terre dans l'Univers! 3! le système solaire! ! ! ! La Terre dans l'Univers! 4! le système solaire! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Lois de Kepler :! Lois de Kepler :! a) !Orbites elliptiques.! a) !Orbites elliptiques.! b) !La ligne joignant la planète au Soleil balaie des secteurs égaux en des temps égaux.! b) !La ligne joignant la planète au Soleil balaie des secteurs égaux en des temps égaux.! c) !Le carré de la période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle au cube du demi-grand axe de lʼellipse.! c) !Le carré de la période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle au cube du demi-grand axe de lʼellipse.! !(La période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle à leur distance au Soleil).! !(La période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle à leur distance au Soleil).! La Terre dans l'Univers! 5! La Terre dans l'Univers! 6! 1! le système solaire! ! ! ! système solaire : inventaire! ! !! - 1 étoile (le soleil)! ! ! - 8 planètes + pluton + transplutoniens! ! - au moins 60 satellites! ! - plusieurs systèmes dʼanneaux! ! ! - plusieurs milliers d'astéroïdes! ! - des comètes! Lois de Kepler :! - des météorites! a) !Orbites elliptiques.! b) !La ligne joignant la planète au Soleil balaie des secteurs égaux en des temps égaux.! - des poussières! c) !Le carré de la période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle au cube du demi-grand axe de lʼellipse.! !(La période de révolution des planètes autour du Soleil est proportionnelle à leur distance au Soleil).! La Terre dans l'Univers! - du gaz! - des particules énergétiques (vent solaire) ...! 7! La Terre dans l'Univers! 8! 9! La Terre dans l'Univers! 10! Le Soleil! Les planètes telluriques ...! Diamètre : !1.4.106 km ! Densité moyenne : !1.4 ! Composition : !92% H! ! ! différences entre les planètes ! ! ! !7,8% He ...! !15.106 K! et ! !extérieures ! !orbites !d/dterre ! !0.39 -1.5 UA ! !5.2 - 39.4 UA! ! !taille ! !0.38 - 1 ! ! !3.8 - 11.19! ! !masse !m/mterre ! !0.05 - 1 ! ! !15 - 320! ! !composition ! !Fe, Silicates, O2 ! !H,He,CH4,NH3! ! !densité ! ! !3.3-5.5 g/cm3 ! !0.7-1.7 g/cm3! ! !atmosphère ! !secondaire ! !primaire! Température photosphère : !6000 K! Température cœur : !intérieures !! !r/rterre ! ! La Terre dans l'Univers! 11! La Terre dans l'Univers! 12! 2! Mercure! Pas dʼatmosphère! 1 jour ! 176 jours terrestres! Surface criblée de cratères! Champ magnétique! -180°C < T < 430 °C! La Terre dans l'Univers! 13! La Terre dans l'Univers! 14! Venus! Année = 225 jours terrestres! 1jour ! 243 jours terrestres! Rotation rétrograde! Volcans actifs ?! Pas de champ magnétique! Atmosphère : 95% CO2 + 5% N2 + nuages de H2SO4! P = 90 atm.! T " 467 °C! La Terre dans l'Univers! 15! La Terre dans l'Univers! 16! Terre! Tectonique! Volcans actifs! Champ magnétique! Atmosphère : 75% N2 + 21% O2 + CO2! H2O liquide! 1 satellite : Lune! La Terre dans l'Univers! 17! La Terre dans l'Univers! 18! 3! Mars! Année = 686 jours terrestres! 1jour ! 1 jour terrestre! Volcans! Atmosphère : 95% CO2 + 3% N2 + 2% Ar! P = 6.10-3 atm.! -133°C < T < 27°C! Calottes polaires: H2O, CO2! 19! La Terre dans l'Univers! 20! La Terre dans l'Univers! 21! La Terre dans l'Univers! 22! La Terre dans l'Univers! 23! La Terre dans l'Univers! 24! La Terre dans l'Univers! ... et les planètes gazeuses! ! ! différences entre les planètes ! ! ! !intérieures !! et ! !extérieures ! !orbites !d/dterre ! !0.39 -1.5 UA ! !5.2 - 39.4 UA! ! !taille ! !0.38 - 1 ! ! !3.8 - 11.19! ! !masse !m/mterre ! !0.05 - 1 ! ! !15 - 320! ! !composition ! !Fe, Silicates, O2 ! !H,He,CH4,NH3! ! !densité ! ! !3.3-5.5 g/cm3 ! !0.7-1.7 g/cm3! ! !atmosphère ! !secondaire ! !primaire! !r/rterre ! ! 4! Les planètes géantes ou planètes gazeuses! Caractéristiques :! !- faibles densités : 0,7 (Saturne) ! 1,8 (Neptune)! !- grandes dimensions ! !- atmosphères I (H, He)! !- anneaux et nombreux satellites! ! Structures et composition : ?! !- noyau rocheux (silicates ?)! !- manteau dʼH et He métalliques! !- enveloppe H et He gazeux! La Terre dans l'Univers! 25! Les satellites! La Terre dans l'Univers! 26! Les satellites! Seules Mercure et Vénus nʼont pas de satellites! ! Densité : en général < 2 ! roches + glaces! ! Lune et quelques satellites de Jupiter ont une densité > 2! ! ! composition proche des planètes telluriques! ! ! La Terre dans l'Univers! 27! Les comètes! La Terre dans l'Univers! 28! Les astéroides! Origine : nuage dʼOort entre ! Petits corps rocheux de forme irrégulière.! 40 000 et 150 000 u.a. du soleil.! ! ! Origine : ! ! !Ceinture principale ! !entre Mars et Jupiter! ! Composition variée :! !Fe + Ni, ! !Fe + Ni + silicates, ! !carbonées! ! La Terre dans l'Univers! 29! La Terre dans l'Univers! 30! 5! Où lire lʼhistoire du Système Solaire aujourdʼhui ?! comètes! ! ! !astéroïdes ! ! meteorites! 31! La Terre dans l'Univers! Les météorites! La Terre dans l'Univers! 32! chondrites : météorites non différenciés! ! Composition : ! Densité : en général < à 2 ! roches + glaces! !75% silicates + ! ! !25% Fe ! Lune et quelques satellites de Jupiter ont une densité > à 2! ! !! composition proche des planètes telluriques! != péridotite ferreuse! ! ! !même composition que le Soleil ! !(aux éléments volatils près)! ! ! ! !Age : 4,565 Ga! ! ! !même âge que la Terre et la Lune! ! 3 ! 33! La Terre dans l'Univers! achondrites - météorites différenciés! La Terre dans l'Univers! 34! Accrétion - Differenciation - Fragmentation! a. pierreuses ou basaltiques (pyroxènes Fe, Mg, Ca)! b. pauvres en Fe et Ca (pyroxènes Mg)! c. ferreuses ou sidérites (alliage Fe+Ni)! ! Composition moyenne des 3 achondrites = ! !! !composition moyenne des chondrites.! Age : ! 50Ma de moins que les chondrites! ! ! Les achondrites sont des chondrites différenciées! ! Planètes telluriques formées de la même façon! ! a. pierreuses # basaltes de la croûte océanique! b. pauvres en Fe et Ca # péridotites du manteau! c. ferreuses ou sidérites La Terre dans l'Univers! !# noyau! 35! La Terre dans l'Univers! 36! 6! La condensation des solides! Planétésimaux rocheux disque protoplanétaire! Planétésimaux de glace La Terre dans l'Univers! 37! Quels matériaux pour fabriquer les planètes ?! 38! La Terre dans l'Univers! Dans le système solaire interne : accrétion des condensats de métaux et de silicates Cette chaine de processus s est développée partout… sauf dans la ceinture d astérôïdes où une fois formé Jupiter a bloqué les processus d accrétion Poussières! Proto-Planètes Accrétion différenciation Planètes telluriques fragmentation Asteroïdes Dynamique gravitationnelle SO-2 La Terre dans l'Univers! 39! La Terre dans l'Univers! Formation des corps du système solaire! Dans le système solaire externe: les glaces condensent aussi! Planétésimaux ! Planétésimaux ! rocheux! Planètes telluriques! de glace! Asteroïdes! Planètes géantes! Anneaux et disques! La Terre dans l'Univers! 40! 41! La Terre dans l'Univers! Objets de Kuiper,! Comètes! Satellites de glace! 42! 7! Les quatre phases de la formation planétaire! Le modèle de la nébuleuse froide! 43! La Terre dans l'Univers! La Terre dans l'Univers! Le modèle de la nébuleuse froide! Le modèle de la nébuleuse froide! a) Nébuleuse de composition moyenne égale à celle du Soleil.! e) Les poussières se percutent et sʼagglomèrent ! accrétion! ! 44! !! échauffement ! différenciation! b) Contraction ! rotation ! aplatissement ! ! ! c) ! augmentation de la temperature de la pression! eʼ) Le vent solaire « souffle » le gaz de la nébuleuse vers la périphérie.! ! ! d) ! Formation du Soleil! !! les planètes extérieures capturent H2 et He ! atmosphère! !Le cœur de la nébuleuse est plus chaud que la périphérie! ! !! variation radiale de la composition chimique de la nébuleuse :! !! les planètes intérieures fabriquent une atmosphère ! ! par dégazage des roches (H2O, CO2, N2).! - Cœur : condensation des éléments les plus réfractaires! ! ! ! formation de poussières de la composition chondritique qui flottent dans un gaz de H2 et He.! - à ! 150 106 km : les minéraux commencent à sʼhydrater.! - à ! 750 106 km : condensation de glaces de H2O, CH4 et NH3 ! sur les poussières de fer et silicates.! 45! La Terre dans l'Univers! 46! Différenciation de la géosphère! scénario possible de l'accrétion et de l'évolution de la Terre ! 1. !nuage protosolaire! croûte, manteau, noyau! ! 2. !création des planétésimaux! ! 3. !accrétion de la planète! ! 4. !bombardement météoritique! ! 5. !différenciation interne, !! !dégazage! ! 6. !accrétion océanique! ! 7. !croissance des premiers !continents! ! 8. Terre actuelle! La Terre dans l'Univers! La Terre dans l'Univers! 47! ! - la terre se forme dans un milieu froid (entre -150 C et - 120 C)! ! - la péridotite cristallise à 1000 C! ! - la surface de "l'océan" de péridotite cristallise vite! ! - le Fe est protégé (par 3000 km de péridotite) => refroidissement / cristallisation lente! ! ça dure encore! ! $ tomber vers centre, la cristallisation libère énergie! $ noyau externe liquide et interne solide! ! La Terre dans l'Univers! 48! 8! LʼHadéen : de -4,56 à -4,016 Ga! mécanismes qui modèlent la surface de la planète! - aucun vestige rocheux. ! volcanisme : ! ! ! ! ! bombardement : ! ! ! ! ! ! ! ! ! tectonique des plaques : ! ! ! ! ! érosion :! ! ! ! ! ! - poussières, astéroïdes, et planétoïdes s'entrechoquent, s'agglomèrent! ! - 4,56 Ga : planétoïde dʼune 10aine km (= age et composition des chondrites)! ! - entre 4.41 et -4.45 Ga => croissance vers la taille actuelle ! ! température très élevée : chocs de collision, radioactive => océan de magma. ! ! différenciation par densité! - matériel en fusion : le plus dense (Fe, Ni) sʼest enfoncé vers le centre -> noyau ! - matériel moins dense : épaisse couche autour du noyau => terre zonée. ! ! 4,016 Ga : plus vieille roche connue! ! !permet la remontée d'éléments légers ! !=> croûte légère! !processus dominant ds système solaire - ! !très intense au début, ! !puis en diminution (voir lune : cratérisation vs age )! !traduit en surface la convection brassant le manteau! !depuis 2 Ga la même activité qu'aujourd'hui! !Erosion, transport et dépôt ! !de matière par le vent, lʼeau, des glaciers! (mais : zircons (4.1-4.2 Ga) recyclé dans des roches légèrement plus jeunes! => surfaces continentales il y a 4,1 - 4,2 Ga - 200 Ma après lʼaccrétion !)! La Terre dans l'Univers! 49! La Terre dans l'Univers! 50! la terre planète active - mécanismes ! flux dʼénergie que lʼon mesure à la surface terrestre est de ~0.6 W/m2! bombardement! ! ! ! contraction gravitationnelle! ! radioactivité! ! ! effets de marée! La Terre dans l'Univers! 51! 9!
