SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Auteur DJESSOU Aimé (00229) 67845279 Collection l’Excellence (00229)67845279 1 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Aux utilisateurs Cette SA 1 portant sur la géologie, nous exhortons les collègues, si les conditions le permettent : -d’effectuer des sorties pédagogiques afin de permettre aux apprenants d’observer les affleurements rocheux et autres indices témoignant des phénomènes géologiques - d’effectuer des observations réelles d’échantillons de roches et si possible de lames minces -de réaliser les modélisations requises pour certains phénomènes géologiques -d’effectuer des projections vidéo sur les phénomènes géologiques difficilement modélisables Vos remarques, corrections et suggestions sont attendues au (00229) 67 84 52 79 Collection l’Excellence (00229)67845279 2 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe SA 1 MOUVEMENT DE LA LITHOSPHERE ET ENERGIE INTERNE DU GLOBE Situation de départ 1- LA TECTONIQUE DES PLAQUES : L’HISTOIRE D’UN MODÈLE Au XIXème siècle, le fonctionnement du globe terrestre fait l'objet de nombreuses discussions passionnées. Des observations communes (présence de montagnes, d'océans) ou moins communes (chaleur interne de la Terre, reculs et avancées de la mer) sont à l'origine des modèles explicatifs admis à l'époque. Un de ces modèles défendu en particulier par le géologue Suess admet que l'intérieur de la Terre se refroidit et que ce refroidissement provoque sa contraction. La couverture extérieure froide devient trop grande, se plisse dans certaines zones (donnant naissance aux montagnes) et s'effondre par ailleurs (donnant naissance à des océans). Le modèle de Suess est donc basé essentiellement sur des mouvements verticaux de la croûte. Le modèle de Suess La construction du modèle de la tectonique des plaques Le modèle de Suess suppose une couche rigide de surface de même nature partout. Le constat d'une distribution bimodale des altitudes va à l'encontre de cette nature uniforme (pour des raisons physiques, si les roches de surface étaient toutes de même nature, les altitudes devraient osciller autour d’une seule valeur moyenne). La naissance de l’idée de déplacement horizontal Au début du XXème siècle, les premières idées évoquant la mobilité horizontale de la surface du globe sont formulées (Wegener en particulier). Elles s’appuient sur plusieurs constatations : - la distribution bimodale des altitudes (continents/océans). - les tracés des côtes (complémentaires dans certaines régions); - la distribution géographique des paléoclimats (zones de même climat très séparées). - la distribution géographique de certains fossiles (zones de mêmes fossiles très séparées) - la distribution géographique de certains roches (zones de mêmes roches très séparées) Fig.2 : Répartition des structures rocheuses anciennes entre l’Afrique et l’Amérique du Sud Fig. 1 : Les bandes colorées traversant les continents indiquent la présence du fossile sur tous ces continents. Collection l’Excellence (00229)67845279 3 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Selon Wegener, tous les continents étaient autrefois rassemblés en un seul continent, la Pangée (Mégacontinent). La Pangée aurait été entourée par un océan, le Panthalassa. Selon sa théorie, l'écorce terrestre se serait brisée et aurait dérivé pour former les continents que nous connaissons aujourd’hui. La terre, il y a 250 millions d’années La terre, il y a 60 millions d’années Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité du globe terrestre établi, à la même époque, par les études sismiques. L’idée de mobilité horizontale est alors rejetée par l’ensemble de la communauté scientifique. 2- ORIGINE ET AGE DE LA TERRE De tout temps, la question de l'âge de la Terre et de son histoire a préoccupé les penseurs et les hommes de Science. Les théologiens, s'appuyant sur la bible, situaient la création de la Terre à 4000 ans avant Jésus Christ et pensaient que la configuration actuelle des paysages observables à la surface de la Terre sont restées inchangées depuis lors. Il a fallu l'avènement de la sédimentologie, de la paléontologie et de la géophysique pour bouleverser cette conception « fixiste » de 1'histoire de la Terre. En effet, plus personne aujourd’hui ne met en doute l'idée que notre Terre actuelle, son atmosphère et ses paysages sont le produit de transformations successives qui ont laissé des traces dans les matériaux constitutifs de l'écorce terrestre: les roches. Ainsi, l'une des plus grandes contributions de la Géologie à l'évolution de la pensée humaine est d'avoir fixé l'âge de la Terre à environ 4.550.106 années et d'avoir montré que les paysages actuellement observables à la surface de la Terre résultent de phénomènes cycliques qui ont laissé des traces dans les roches. Une telle évolution des idées dans le domaine de la connaissance de la Terre n'a été possible qu'à partir du moment où le développement des sciences physico-chimiques a permis une meilleure connaissance des propriétés de la matière grâce, en particulier, à la découverte de la radioactivité d'une part, et des lois du magnétisme d'autre part. Biologie moderne OTTO TOWLE Tâche : Elabore une explication aux problématiques soulevées par les faits de la situation problème Procédure • Exprimer sa perception et/ou ses interrogations sur les faits évoqués par la situation de départ • Construire des réponses aux questions soulevées par la situation de départ en utilisant l’observation, l’expérimentation ou l’exploitation des documents • Structurer ses acquis en utilisant les concepts et le vocabulaire adéquats • Utiliser les connaissances construites pour porter une appréciation sur les questions d’ordre historiques, religieux et méthodologiques liés à l’origine de la terre Collection l’Excellence (00229)67845279 4 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe I-) MISE EN SITUATION La mise en situation représente la 1ère étape de la procédure. Elle permettra de partir des faits scientifiques pertinents évoqués par la situation de départ pour exprimer notre perception et nos interrogations et questions de recherches afin de formuler des problématiques auxquelles des réponses seront construites dans la réalisation. Support : Situation de départ • Tâche : exploite la Situation de départ pour exprimer ta perception et tes interrogations sur les faits évoqués afin de formuler des problématiques relatives aux mouvements de la lithosphère et l’énergie interne du globe et d’ordre historiques, religieux et méthodologiques liés à l’origine de la terre. Pour cela, tu suivras les indications ci-dessous : ✓ relève les faits scientifiques pertinents évoqués par la situation de départ et qui sont en relation avec le titre de la SA. ✓ exprime ta perception des faits scientifiques relevés. ✓ formule des interrogations/questions de recherche en vue de mieux comprendre ces faits. ✓ regroupe puis hiérarchise au besoin certaines interrogations en des questions de recherche. ✓ regroupe ces questions de recherche en 2 grands groupes (problématique d’ordre scientifique et problématique d’ordre historiques, religieux et méthodologiques liés à l’origine de la terre). II- REALISATON Activité introductive : Rappel des savoirs construits en classe de 4e Objectif : rappel des savoirs construits en classe de 4e sur la structure interne de la terre En classe de 4e, vous aviez étudié au cours de la SA2 dénommé la terre planète active, la structure interne de la terre. Le document ci-dessous est mise à votre disposition pour vous aider à vous rappeler de l’essentiel des savoirs construits sur la structure interne de la terre. Document : Propagation des ondes sismiques dans les enveloppes de la terre Vitesse des ondes Pet S en fonction de la profondeur Les différentes couches composant la terre ont été mis en évidence par la propagation des ondes sismiques. L’analyse plus détaillée des vitesses des ondes P et S en fonction de la profondeur a mis en évidence l’existence d’une faible diminution de leur vitesse vers 100 km de profondeur. Cette couche à faible vitesse ou LVZ (Low Velocity zone) s’étend d’environ 100 km jusqu’à 250 Collection l’Excellence (00229)67845279 5 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe km. Cette diminution est attribuée aux comportements différents des matériaux du manteau. Cette particularité sismique permet aux géophysiciens d’établir une nouvelle subdivision vis-àvis de la dynamique du globe : la limite lithosphère, asthénosphère. La lithosphère au comportement rigide et cassant, est formé par la croute terrestre et la partie supérieur du manteau. L’asthénosphère situé en dessous, a un comportement ductile : elle ne répond pas à des contraintes en se cassant mais en se déformant. • Exploite le document fournis et tes acquis antérieurs pour élaborer enfin une explication aux variations de vitesse des ondes sismiques à l’intérieur de la terre. Pour cela : ✓ Indique les profondeurs au niveau desquelles les ondes sismiques subissent des variations de vitesse ✓ Etabli la relation entre les variations de vitesse des ondes sismiques et les enveloppes de la terre et leur subdivision ✓ Réalise le schéma de la structure interne de la terre ✓ Dégage les propriétés physiques des différentes enveloppes de la terre ✓ Elabore enfin une explication aux variations de vitesse des ondes sismiques à l’intérieur de la terre. Lexique -Lors des séismes, des vibrations appelés ondes sismiques sont émises et se propagent à partir du foyer dans toutes les directions de la terre. On distingue les ondes Pet S qui se propagent en profondeur et les ondes L qui circulent parallèlement à la surface de la terre. -Les liquides ne propagent pas les ondes de cisaillement, cela conduit à admettre que le noyau externe a un comportement de liquide. L’analyse des onde P retardées s’interprète comme la conséquence d’une surface de discontinuité (discontinuité de Lehman) plus profonde à 5100 km. Discontinuité : surface séparant deux milieux aux propriétés physiques et/ou chimiques différentes Ductile : se dit d’un matériau qui peut s’étirer sans se rompre -Dans un milieu donné, un ralentissement de la vitesse des ondes sismiques indique une augmentation de sa ductilité. La différence des propriétés physiques des enveloppes de la terre suscite une nouvelle interrogation dont les réponses seront construites dans l’activité suivante Collection l’Excellence (00229)67845279 6 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Activité 1 Quelle est la nature, la composition chimique et l’état physique des matériaux constituant la Terre ? Objectifs : Amener chaque apprenant à comprendre que la différence des propriétés physiques des enveloppes de la terre est due à la différence de la composition (pétrographique, minéralogique et chimique), de ces enveloppes. Capacités/habiletés : extraire des informations d’un schéma, d’un texte, ; élaborer une explication, une synthèse. L’étude de la propagation des ondes sismiques a montré que les enveloppes de la terre n’ont pas les mêmes propriétés physiques. Certaines sont solides, d’autres ductile (visqueux) et d’autre liquide. Quel est donc la nature des matériaux constitutifs de la terre ? Quelle est la composition de ces matériaux ? les documents fournis nous aideront à répondre à ces interrogations. Document 1 a-) composition pétrographique de la lithosphère Pour avoir connaissance de la composition chimique de la terre, on peut utiliser l’échantillonnage des roches en surface : méthode directe : roches accessibles, grâce à des robots, des sous-marins, des carottages, des remontées volcaniques) jusqu’à 300Km mais seuls les matériaux de la croûte terrestre et du manteau supérieur vont être directement accessibles et observables. Pour le reste, on devra avoir recours à des méthodes indirectes. Fig. 1 : lithosphère continentale Fig. 2 : lithosphère océanique b-) composition minéralogique et chimique des roches représentatives des enveloppes accessibles de la terre ou Observation au microscope polarisant d’échantillon de roche en cas de disponibilité du matériel 1-Schéma d’une lame mince de granite Q= quartz, Bl= mica (noir ou blanc), Pl= feldspath plagioclase 2-Schéma d’une lame mince de basalte Ol= olivine, PY= pyroxène M = verre + Microlites plagioclase, 3-Schéma d’une lame mince de péridotite Ol= olivine, px= pyroxène NB : Pl, q, m, fp, px, ol, sont des minéraux de ces roches. Dans le basalte, les microlites sont de petites olivines et de petits pyroxènes accompagnés de baguette de feldspath qui sont des plagioclases. Collection l’Excellence (00229)67845279 7 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Silice Alumine Alcalins (SiO2) (Al2O3) (Na2O,K2O 70% 14,5% 8,6% Silice Alumine Alcalins (SiO2) (Al2O3) (Na2O,K2O 49% 15,5% 3% Calcium Fer Magnésium (FeO + (MgO) (CaO) Calcium Fer (FeO + (CaO) Fe2O3) 2,6% 3% Composition chimique des minéraux des péridotites Composition chimique des minéraux du basalte Composition chimique des minéraux du granite Fe2O3) 11% 1% 11% Magnésium (MgO) 9% Coup de pouce D’après SVT 1èreS Bordas, éd. 2001, P.249-250 Les minéraux sont des assemblages d’éléments chimiques organisés dans l’espace selon une architecture particulière formant des cristaux. Avec les mêmes éléments chimiques, dans des conditions de pression température différentes, avec ou sans présence d’eau, l’assemblage peut adopter une autre architecture. Document 2 composition du noyau a- Météorites et composition chimique du noyau Les chondrites (météorite) représenteraient le matériau qui s’est aggloméré par accrétion pour constituer la terre primitive. Avant sa différentiation, la « terre magmatique » avait donc la même composition que ces météorites. S l’on compare la teneur en fer des chondrites à celles des météorites, on constate que le manteau est mon riche en fer que les chondrites. Une grande parte du fer de la « terre magmatique » doit être actuellement accumulé dans le noyau. Fig.1 : origine des météorites (Extrait du chap.9/P.244-245 Structure et composition chimique de la terre interne) Fig.2 : La météorite de Hoba Source : 2002 site perso ifrance Les météorites sont des fragments d’astéroïdes qui ont échappé à l’accrétion planétaire. (phénomène ayant conduit à la formation des planètes). Les scientifiques ont recueilli à la surface du globe des météorites : blocs souvent très volumineux qui ont pénétré dans l’atmosphère et atteint la surface terrestre sans se consumer. Ces météorites ont laissé des traces en forme de cratère de grand diamètre comme celui du Meteor cratère aux Etats Unis. Le plus gros fragment de météorite connu à ce jour a été trouvé en 1920 en Namibie. Cette météorite est connue sous le nom de Hoba et pèse 60 tonnes. L’âge de sa chute n’est pas connu. Extrait de Escalier 1ère S et www.planet-terre.ens-lyon.fr Collection l’Excellence (00229)67845279 8 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Le noyau étant inaccessible par observation direct, pour déterminer sa composition, on a donc recours à des méthodes indirectes. La composition chimique du noyau peut donc être obtenu par soustraction de la quantité de matière du noyau à celle de la terre. On obtient ainsi une forte proportion de fer (Fe) associé à du nickel (Ni). En effet lors de la formation de la terre, les éléments chimiques les plus lourds (Fe , Ni) se sont rassembler au centre pour former le noyau alors que les éléments les plus légers (O, Si, Al, Ca, Na et k) ont surnager pour rejoindre la surface pour former au cours du refroidissement des silicates, minéraux d’une croute rocheuse plus légère. D’après SVT 1èreS Bordas, éd. 2001, modifié. P.249-250 • Exploite les documents fournis pour déterminer la nature, la composition chimique et l’état physique des matériaux constituant la Terre de la terre. Pour cela : ✓ Relève dans un tableau la composition pétrographique (roches) et minéralogique (le minéraux) et chimiques (éléments chimiques majeurs) des différentes enveloppes de la terre. ✓ Etablis une relation entre la composition des enveloppes de la terre et leurs propriétés physique ✓ Complète le schéma de la structure interne de la terre en ajoutant dans chaque enveloppe les densités et les éléments chimiques majoritaires. ✓ Formule enfin une synthèse sur la nature, la composition chimique et l’état physique des matériaux constituant la Terre de la terre. Lexique Granitoïde : roche ayant une composition proche du granite. Roche métamorphique : roche provenant de la transformation en profondeur de tout type de roche. Collection l’Excellence (00229)67845279 9 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Activité 2 : Quels sont les mouvements des plaques lithosphériques et quelles en sont les conséquences ? Objectif : Amener chaque apprenant à élaborer une explication aux mouvements des plaques lithosphériques et leurs conséquences Connaissances notionnelles : les mouvements des plaques lithosphériques et leur localisation, les conséquences des mouvements des plaques, les étapes de la formation des océans Connaissances procédurales : relever des coïncidences à partir de l’exploitation des cartes, relever des ressemblances et des différences entre des phénomènes ou indices géologiques, établir des relations de cause à effet, effectuer la synthèse d’informations collectées. Les données de la geophysique et les récentes decouvertes de l’océanographe ont conduit a concevoir une dynamique du globe terestre de façon concrète. La surface du globe est repartie en plaques lithosphérique rigides qui glissent sur l’asthenosphère et à la périphérie desquelles s’effectuent les principales deformations. Quels sont les mouvements qu’effectuent ces plaques ? dans quels zones du globe se produisent ces mouvements ? Quelles sont les conséquences de ces mouvements ? L’exploitation des documents ci-dessous nous aidera à répondre à ces interrogation. Document 1 : les zones actives du globe Sur la carte, les pointillées indiquent les endroits du globe ou se produisent les seismes Figure 1 : répartition mondiale des séismes Document 2 Figure 2 : répartition mondiale des volcans Collection l’Excellence (00229)67845279 10 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe A-) Les plaques en mouvement La surface rocheuse de la planète terre est forme de nombreux morceaux qui s’imbriquent les uns aux autres comme les pièces d’un puzzle : ce sont les plaques lithosphériques. La technique du GPS (Global Positioning System) permet actuellement de mesurer le déplacement des plaques lithosphériques au millimètre près, grâce aux satellites qui déterminent la position exacte de différents points à différents moments. Figure 1 : Mesure du déplacement des plaques par un GPS Les nombres figurant sur la carte représentent les vitesses de déplacement des plaques en cm par an Divergence convergence Figure 2 : des plaques en mouvements à des vitesses différentes Collection l’Excellence (00229)67845279 11 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Figure 3a- Les différents types de mouvement des plaques et leur localisation B-) conséquence des mouvements des plaques Nb : les flèches indiquent les mouvements des plaques lithosphériques Figure 1 Nb : les flèches indiquent les mouvements des plaques lithosphériques Figure 2 Document 3 Les étapes de la formation d’un océan (vidéogramme sur les étapes de la naissance d’un océan) Lorsque des remontées de chaleur ont lieu sous un continent, elles peuvent conduire à un amincissement de la lithosphère continentale. Collection l’Excellence (00229)67845279 12 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Collection l’Excellence (00229)67845279 13 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Fosses océaniques : fosses linéaires profondes (jusqu’à 11000 m) qui longent certains continents entre le plateau continentale et la plaine abyssale Plateau continentale : c’est la bordure immergée d’un continent : sa pente est infime (1, par km) et la profondeur est généralement inférieur à 200 Dorsales océaniques : chaine de montagnes sous-marines larges de 2000 à 3000 km et en continuité d’un océan à l’autre sur plus de 60.000 km Marge active : zone de transition entre la croute continentale et la croute océanique et marqué par d’intenses activités sismiques et volcanique Plaines abyssales : vastes plaines à 4000m de profondeur environ Marge passive : zone de transition directe entre la croute continentale et la croute océanique au niveau de laquelle il ne se produit ni d’activités sismiques, ni d’activités volcaniques Iles volcaniques : iles situées sur les dorsales soit en d’autres points de la zone océanique Document 4 un océan en cours de naissance en Afrique : Cas du rif EST Africain a- Caractéristique du rift EST-Africain La vallée du Grand Rift est le nom donné en 1894 par l'explorateur écossais John Walter Gregory, après son voyage en Afrique orientale britannique, à un ensemble géologique constitué d'une série de failles et de volcans, situé en Afrique de l'Est. L'ensemble de la faille tectonique s'étire en Afrique sur environ 3 000 kilomètres de longueur du Nord au Sud, et 40 à 60 km de largeur, de l'Érythrée jusqu'au Mozambique, en passant par les grands lacs africains. Elle coupe en deux la Corne de l'Afrique : la plaque somalienne, à l'est, s'éloigne de la plaque africaine, à l'ouest. Elle se divise, au sud de l'Éthiopie, de part et d'autre de l'Ouganda. La vallée du Grand Rift connaît une intense activité volcanique, d'une grande complexité que l'on ne voit nulle part ailleurs. La fracturation est-africaine a débuté durant l'Oligocène, il y a au moins 25 millions d'années et La vitesse d’ouverture est de l’ordre de 6 à 7 mm/an. La rupture lithosphérique devrait se produire dans 10 millions d'années provoquant le détachement de la plaque somalienne et la formation d'un nouveau bassin océanique Collection l’Excellence (00229)67845279 14 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe b- Vidéogrammes sur le rift Est Africain (téléchargeable sur YouTube) - Exploite les documents fournis pour élaborer une explication aux mouvements des plaques lithosphériques et aux conséquences qui en découlent. Pour cela : Rappel la notion de plaques lithosphérique et prend connaissance des différentes principales plaques existantes à la surface du globe. Prends connaissance de la topographie des fonds océaniques afin de connaitre les reliefs sous-marins pour comprendre leur relation avec les mouvements des plaques. ✓ Relève les mouvements effectués par les plaques lithosphériques puis localise les. ✓ Etablis la relation entre les mouvements de divergence et les mouvements de convergence à la surface du globe ✓ Décris le processus de la formation des océans ✓ Dégage du document 4, les indices qui prouvent qu’un océan pourrait naitre en Afrique de l’Est les années à venir. ✓ Etabli la relation entre la répartition mondiale des séismes et des volcans et les mouvements des plaques. ✓ Exploite les informations précédemment collectées pour formuler une synthèse sur les mouvements des plaques lithosphériques et aux conséquences qui en découlent. Schéma bilan de la tectonique des plaques Les chiffres indiqués constituent simplement une légende et non un ordre du déroulement des phénomènes. Collection l’Excellence (00229)67845279 15 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Activité 3 : Quelles sont les activités tectoniques associées à la divergence des plaques lithosphériques ? Objectif : Amener chaque apprenant à élaborer une explication aux activités tectoniques associées à la divergence des plaques lithosphériques. Ainsi à l’issu de l’exploitation des documents graphe, texte et schéma, vidéo, l’apprenant pourra : • décrire la structure de la croûte océanique ; • analyser puis interpréter les graphes traduisant les conditions de fusion partielle des péridotites sous les dorsales • décrire le processus de formation de la croûte océanique ; • Justifier la structure des roches de la croute océanique • Justifier l’expansion des fond océaniques • illustrer le fonctionnement d’une dorsale Séquence 1 : comment se met en place le plancher océanique ? Les plaques lithosphériques effectuent au niveau des dorsales océaniques des mouvements de divergences. Les dorsales océaniques sont ainsi le berceau des océans : à leur niveau, se crée en permanence du plancher océanique. Comment se réalise cette création de la croute océanique ? Comment fonctionnent les dorsales océaniques ? l’exploitation des documents ci-dessous nous permettra de répondre à ces interrogations. Document1 Des péridotites aux basaltes et gabbros : la naissance de la lithosphère a- La décompression des péridotites provoque leur fusion. Grace à des appareillages spécial, on peut soumettre des matériaux à des pressions et des températures comparables à celles régnant dans le manteau à des profondeurs de plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres. L’expérimentation menée sur des péridotites soumises à de telles conditions permet de définir dans un graphe de pression (profondeur) / température l’intervalle qui sépare l’apparition de la 1ère goutte de liquide (début de la fusion) de la disparition du dernier cristal (fusion totale). On peut préciser dans cet espace le taux de fusion des péridotites, c’est-à-dire le pourcentage de liquide produit dans les différentes conditions. Le graphe montre que le début de fusion d’une péridotite ne nécessite pas nécessairement une augmentation de température ; il peut se produire par diminution de la pression, ce qui est le cas lorsque les péridotites du manteau Collection l’Excellence (00229)67845279 16 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe remontent vers la surface sous l’effet de l’étirement de la lithosphère continentale lié aux mouvements de divergence. Ainsi pour une température de 1400oC, le début de fusion intervient à environ 80km de profondeur et la quantité de liquide produit augmente au cours de la décompression. b- Le magma basaltique est le résultat de la fusion partielle des péridotites La fusion des péridotites du manteau est toujours progressive et elle n’est jamais totale. Le liquide de fusion apparait d’abord sous forme d’un film entre les grains, puis de gouttelettes qui, moins denses, migrent et se rassemblent pour constituer des « poches » de magma. Le produit de la fusion partielle génère un liquide magmatique dont la composition est différente de celle de la source : en effet, certains éléments chimiques de cette roche passent préférentiellement dans le liquide de fusion alors que d’autres, dites réfractaires, restent dans la partie non fondue. Lexique Courbe du solidus : courbe indiquant les conditions de température et de pression pour lesquelles apparait la première goutte de liquide au tout début de la fusion d’un matériau solide Courbe du liquidus : courbe indiquant les conditions de température et de pression pour lesquelles apparait le premier cristal dans un liquide magmatique Isotherme : surface d’égale température C- Fonctionnement d’une dorsale et formation des roches de la croute océanique + vidéogramme sur le fonctionnement d’une dorsale (téléchargeable sur YouTube) En permanence, de la lithosphère océanique est produite au niveau des dorsales. La divergence des plaques de part et d’autre de la dorsale permet la mise en place d’une lithosphère nouvelle à partir de matériaux d’origine mantellique. Un manteau plus chaud remonte sous les dorsales, en remontant il subit une baisse de pression. Collection l’Excellence (00229)67845279 17 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe La cristallisation du magma dans la chambre magmatique s’effectue de manière lente et progressive ; en premier se forment les cristaux d'olivine, puis les cristaux de pyroxène et enfin les cristaux de plagioclase (en fonction de la température). C'est le processus de la cristallisation fractionnée. Lorsque le magma se refroidit plus lentement dans les cheminées, il formera le complexe filonien. Document 2 Refroidissement du magma et structure des roches de la croute océanique La structure des roches indique à quelle vitesse le magma qui donna naissance à cette roche, a refroidi : - un refroidissement très lent donne le temps à tous les cristaux de bien se former, de « grossir ». Les gros cristaux sont tous jointifs, la structure est dite grenue. - un refroidissement un peu plus rapide montre des cristaux tous jointifs mais beaucoup plus petits, la structure est microgrenue. - un refroidissement rapide ne laisse le temps qu’à quelques assez gros cristaux de grandir, la majorité des cristaux reste sous la forme de minuscules cristaux noyés dans un verre amorphe. La structure est microlithique. - enfin, un refroidissement ultra rapide ne laisse pas le temps aux cristaux de se former, il n’apparaît qu’une pâte amorphe ou verre. La structure est vitreuse. Collection l’Excellence (00229)67845279 18 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe La roche est entièrement formée de grains qui cristaux jointifs de taille comparable (de 3 à 5 mm) olivines et pyroxène qui sont visibles. On observe en très faible proportion des minéraux noirs qui sont des spinelles. La roche n’est pas entièrement cristallisée. Les cristaux sont inclus dans une matrice sombre qui est un verre amorphe constitué de microlites (cristaux de très petites taille) d’olivine, de pyroxènes et de Feldspaths plagioclases. Même composition chimique et minéralogique que les basaltes mais les minéraux sont tous bien cristallisés et ne sont pas noyé dans un verre. Figure : schéma de lame mince de la péridotite, du basalte et du gabbro Document 3 le double tapis roulant des fonds océaniques Dès sa création, le plancher océanique est recouvert par les sédiments qui tombent au fond dans toute la pleine abyssale et sur les flancs de la dorsale. L’âge des sédiments au contact du basalte donne l’âge maximal du basalte. Celui est donc de plus en plus vieux quand on s’éloigne de l’axe de la dorsale ; ce basalte a donc été mis en place plusieurs années avant le basalte situé au niveau de l’axe de la dorsale (voir figure 1) La figure 2 permet de comprendre le mécanisme de formation du plancher océanique. Les mouvements de convection dans le manteau tendent à soulever la dorsale et à étirer cette zone perpendiculairement à son axe. La lithosphère océanique distendue se fracture permettant ainsi la montée de magma basaltique qui va colmater les fissures. Le processus de divergence des plaques étant permanent, le phénomène se reproduit sans cesse : nouvelle fissuration, nouveau « colmatage » par des basaltes et ainsi de suite. La lithosphère océanique nouvellement mise en place repousse le plancher océanique plus ancien de part et d’autre de la dorsale. Ce plancher est donc en expansion et s’écarte régulièrement de la dorsale, comme les deux parties symétriques d’un tapis roulant. Collection l’Excellence (00229)67845279 19 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Figure 2 : le double tapis roulant des fonds océaniques Extrait modifié de 1ère S Bordas 2001/P.294 Exploite les documents fournis pour élaborer une explication à la formation des roches de la croute océanique. Pour cela, tu suivras les indications ci-dessous : ✓ rappel la structure (les roches et leur disposition) de la croute océanique abordé dans l’activité 1 ✓ relève les conditions de fusion partielle des péridotites sous la dorsale (cause de la fusion et profondeur à laquelle la fusion débute) ✓ compare la composition minéralogique de la péridotite, du gabbro et du basalte puis formule une hypothèse relative à l’origine ou à la formation de ces roches. ✓ décris le processus de formation des roches de la croute océanique (pour valider ton hypothèse) tout en précisant la structure des roches de la croute océanique ✓ justifie l’expansion des fonds océaniques. ✓ élabore enfin une explication à la formation des roches de la croute océanique Evaluation formative Exploite les acquis de cette séquence pour reproduire et compléter le tableau cidessous afin de caractériser les roches indiqués. Gabbro Basalte Lieu de formation (en profondeur ou en surface) Refroidissement du magma (rapide ou lent) Minéraux Aspect de la roche à l’observation : visiblité des cristaux à l’œil nu ou au microscope, cristallisation du magma, présence de microlithes, de phénocristaux, de verre. Structure de la roche Collection l’Excellence (00229)67845279 20 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Séquence 2 Comment l’énergie produite à l’intérieur de la terre peut être à l’origine des mouvements de la lithosphère ? Objectifs Au cours de cette activité, l’apprenant apprendra à : - extraire des informations pertinentes des documents texte, tableau schéma et vidéo - expliquer l’origine de l’énergie interne de la terre - décrire les modalités de la dissipation de l’énergie interne du globe - établir des relations de cause à effet entre la conductibilité thermique des roches du manteau et les mouvements de convection ; - établir des relations de causes à effet entre les modalités de la dissipation de l’énergie interne du globe et les phénomènes de séismes, volcanisme et de déformations ; - elaborer une synthèse pour expliquer comment l’énergie produite à l’intérieur de la terre peut être à l’origine des mouvements de la lithosphère Les massifs volcaniques, les sources chaudes naturelles sont autant d’exemples qui prouvent l’existence d’une énergie interne de la Terre. Des planètes telluriques, la Terre est la seule à posséder encore une activité tectonique. Quelle est l’origine de l’énergie interne de la Terre ? Comment se dissipe-t-elle ? Quelles sont les conséquences de cette dissipation d’énergie à la surface du globe terrestre ? Document 1 : Origine de l’énergie interne de la Terre a-) Le système solaire s’est formé, il y a 4,5 milliards d’années à partir d’un nuage de poussières provenant de l’explosion d’une supernova. Il s’est produit une accrétion et une agglomération des poussières en blocs de plus en plus gros. Les multiples impacts de corps célestes (météorites, astéroïdes, planétoïdes…) ont produit une énorme quantité d’énergie qui a été internalisée. Il s’agit de la chaleur primitive qui représente 25 % de l’énergie interne de la terre. Lorsque la planète primitive a acquis sa taille définitive, il y a environ 4,5 milliards d’années, elle était constituée de matériaux en fusion : c’était la proto-Terre. Sa surface a rapidement évacué cette chaleur initiale et s’est refroidie pour former la croûte tandis que pour les couches internes, ce processus a été beaucoup plus lent et se poursuit encore actuellement. b-) L’intérieur de la terre est fait de roches contenant des éléments radioactifs tels que l’uranium. Ces éléments ont la capacité de se transformer au cours du temps en d’autres éléments. Ces transformations libèrent de l’énergie, sous forme de chaleur. Le tableau ci-dessous renseigne sur la quantité de chaleur produit au niveau de chaque enveloppe de la terre. Eléments radioactifs (teneurs en ppm) Croute continentale Croute océanique Manteau supérieur Manteau profond et noyau Ppm= partie par million 238U 232Th 40K Chaleur totale produite (en tetrawatts) 1,6 5,8 1,7 à 3 5 à 6 0,9 2,7 0,5 Moins de 0,06 0,015 0,08 0,02 1,3 Teneurs mal connues 11environ 1 tetrawatts= 1012 watts Part des éléments radioactifs dans la production de chaleur interne Collection l’Excellence (00229)67845279 21 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Document 2 : La dissipation en surface de la chaleur de la Terre a- les modes de dissipation de l’énergie interne de la terre. De nombreuses manifestations à la surface du globe attestent que la température de la Terre croît avec la profondeur : - comme les geysers (projection d'eau chauffée à plus de 100°C), - les sources hydrothermales (source de Chaudes-Aigues : 82°C), - les éruptions volcaniques (température de la lave jusqu'à 1200°C) - ou tout simplement les mines d’exploitation, Le géotherme : c'est la courbe qui représente les températures des roches à différentes profondeurs. Le Gradient géothermique : c'est la variation de températures en fonction de la profondeur. En moyenne, la température augmente de 3°C tous les 100 mètres dans la croûte continentale mais la valeur du gradient géothermique varie beaucoup en fonction des zones terrestres : Il est plus faible dans l'asthénosphère, le manteau inférieur et le noyau supérieur Il est fort dans la lithosphère, la couche limite entre manteau et noyau ainsi que dans le noyau interne. - La conduction Ce mode de transfert de chaleur s’effectue de proche en proche, et ne nécessite pas de déplacement de matière. Ce mécanisme est à l’œuvre dans les enveloppes solides de la Terre (lithosphère, noyau interne) et entraîne un fort gradient géothermique. L’efficacité de la conduction dépend de la conductivité thermique des roches. - La convection mantellique La convection se manifeste par des déplacements de matière transportant de l’énergie thermique. Les volumes de matière situé en bas sont chauffés, se dilatent, s’élèvent vers la surface. Ils sont remplacés en profondeur par de la matière froide en provenance de la surface qui redescend et va s’échauffer à son tour. Une circulation de matière s’organise alors en cellules de convection. La convection se fait à un ou deux niveaux. Collection l’Excellence (00229)67845279 22 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Figure 1 : les modes de dissipation de l’énergie interne de la terre b- La convection mantellique et ses conséquences sur la tectonique des plaques Le matériel solide chaud et donc moins dense remonte. Les zones de remontées correspondent à deux types de contextes géologiques : -Les points chauds sont des zones du globe qui ne sont pas situé en bordure des continents et au niveau desquelles se produisent des remontées ponctuelles et massives de grandes quantités de matériel chaud depuis le noyau. D’énormes quantités de chaleur mises en jeu sont et se traduisent par un important magmatisme. Il s’exprime par des éruptions massives de laves basaltiques (trapps du Deccan, alignements volcaniques…) -Les dorsales, quant à elles, sont des zones de remontée de très grandes longueurs mais qui n’affectent que la partie supérieure du manteau. Dans les deux cas la remontée du manteau est suffisamment rapide pour entraîner sa décompression et donc sa fusion. Collection l’Excellence (00229)67845279 23 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Les flèches indiquent le sens du déplacement des plaques ci- dessous un résumé d’un protocole de la modélisation des mouvements de convection dans le manteau Exploite les documents fournis pour expliquer comment l’énergie produite à l’intérieur de la terre peut être à l’origine des mouvements de la lithosphère. Pour cela, tu suivras les indications ci-dessous : ✓ Dégage la notion de chaleur primitive ✓ Compare la quantité de chaleur produit par les différentes enveloppes de la terre puis déduis l’enveloppe qui produit plus de chaleur ✓ Déduis des 2 précédentes consignes et du document 1b l’origine de l’énergie interne de la terre ✓ Dégage les modes de dissipation de l’énergie à l’intérieur de la terre ✓ Etablis la relation entre les modes de dissipation de l’énergie interne de la terre et les mouvements des plaques lithosphériques ✓ Explique enfin comment l’énergie produite à l’intérieur de la terre est à l’origine des mouvements de la lithosphère Collection l’Excellence (00229)67845279 24 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Activité 4 Quelles sont les activités tectoniques et phénomènes caractéristiques des zones de convergence des plaques lithosphériques ? Objectif : Amener chaque apprenant à élaborer une explication aux activités tectoniques associées à la convergence des plaques lithosphériques. Ainsi à l’issu de l’exploitation des documents (vidéo, texte, graphe, schéma, logiciel de modélisation) l’apprenant pourra comprendre : 1-Le déroulement de la subduction et le métamorphisme associé à la subduction 2-l’origine et le devenir du magma dans une zone de subduction 3-la nature et la structure des roches issus de magmatisme dans les zones de subduction 4-le déroulement de la collision, la formation des chaines de montagne et le métamorphisme qui y est associé L’écartement des plaques au niveau des dorsales océaniques, entraine leur rencontre au niveau des fosses océaniques. Cette convergence des plaques lithosphériques s’accompagne d’activités tectoniques et de de divers phénomènes géologiques. A travers les séquences suivantes nous aborderons les différentes activités tectoniques et phénomènes géologiques qui ont lieu dans les zones de convergence. Séquence 1 : comment se déroule la subduction et le métamorphisme des roches de la croute océanique ? Document 1 : la subduction a-) le moteur de la subduction En s’éloignant de la dorsale au cours de l'expansion océanique, la lithosphère est en contact avec l'eau. Elle se refroidit, s’hydrate et s’épaissit : sa limite inférieure empiète progressivement sur l’asthénosphère. Les figures ci-dessous illustre les modifications que subit la lithosphère océanique lorsqu’elle s’éloigne de l’axe de la dorsale Fig.1 : les modifications subies par la lithosphère lors de l’expansion océanique Collection l’Excellence (00229)67845279 Graphe 1 25 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe D’après SVT Term S Belin 2012.P.175 modifié Figure 3 : les différents cas de subduction Document 2 : le métamorphisme associé à la subduction La croute océanique subit des transformations minéralogiques en s’éloignant de la dorsale : il y a hydratation des matériaux et formation de minéraux hydroxylés comme la chlorite et l'actinote (trajet 1-> 2 sur le schéma suivant). Durant la subduction, l'augmentation de la pression et de la température provoque un métamorphisme associé à la disparition des minéraux hydroxylé. Collection l’Excellence (00229)67845279 26 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Figure 4 : les roches métamorphiques obtenues lors de la subduction Figure 5 : La subduction et les phénomènes géologiques associés Collection l’Excellence (00229)67845279 27 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Exploite les documents fournis pour élaborer une explication au déroulement de la subduction et au métamorphisme associé. Pour cela : ✓ Relève les modifications subies par la lithosphère lors de l’expansion océanique puis déduis en le moteur ou la cause de la subduction. ✓ Relève les différents cas de la subduction puis déduis des réponses précédentes la notion de la subduction. ✓ Dégage les phénomènes géologiques associés à la subduction. ✓ Décris brièvement les transformations minéralogiques (métamorphisme) que subissent les roches de la croute océanique depuis l’expansion océanique jusqu’à la subduction. ✓ Elabore enfin une explication au déroulement de la subduction et au métamorphisme associé. Evaluation formative Exploite les acquis de cette séquence pour réaliser un schéma de synthèse (constitué d’écrit et de flèches) illustrant le métamorphisme associé à la subduction. Collection l’Excellence (00229)67845279 28 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Séquence 2 : Quelle est l’origine et le devenir du magma dans les zones de subduction ? Les zones de subduction sont des zones d’intenses activité magmatique. D’où provient ce magma ? quel est son devenir ? Document 1 Origine des magmas des zones de subduction a- les conditions de fusion partielle des péridotites. Le point de fusion d’une roche correspond à la température à partir de laquelle cette roche commence à fondre. Vers 100 km de profondeur, les roches du manteau lithosphérique sont environ à 1000°C. À 100 km de profondeur le point de fusion d’une roche du manteau est de 1500°C lorsqu’elle est sèche et de 800°C lorsqu’elle est hydratée. Autrement, dit, à 100 km de profondeur,1000°C ne suffisent pas à provoquer la fusion d’une roche du manteau sèche mais suffisent largement à faire fondre la même roche si elle est hydratée. Voilà pourquoi l’hydratation des roches du manteau lithosphérique, en diminuant leur point de fusion, provoque leur fusion partielle. b-) Origine de l’eau hydratant le manteau La croute océanique subit des transformations minéralogiques en s’éloignant de la dorsale : il y a hydratation des matériaux et formation de minéraux hydroxylés. Durant la subduction, l'augmentation de la pression et de la température provoque un métamorphisme associé à la disparition des minéraux hydroxylé. La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui hydrate les péridotite de la plaque chevauchante et abaisse leur point de fusion. Document 2 le devenir du magma dans les zones de subduction a-processus de cristallisation du magma dans les zones de subduction Au cours de leur montée vers la surface, les magmas provenant de la fusion partielle des péridotites du manteau sont piégés dans la profondeur de la croute continentale. Ils se refroidissent alors lentement et subissent différentes transformations qui modifient peu à peu leur composition chimique. Lors du refroidissement très lent de ces magmas, les minéraux commencent à cristalliser. Ce sont les minéraux pauvres en silicium et plus riches en fer qui cristallisent en premier : olivine, pyroxène et feldspath riche Ca. En conséquence, en cours du temp, le liquide magmatique résiduel devient de plus en plus riche en silicium et de plus en plus pauvre en fer. Les minéraux riches en k (feldspath potassiques et muscovite) cristallisent en dernier. Collection l’Excellence (00229)67845279 29 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe b-formation des roches de la croute continentale Les zones de subduction sont le contexte géologique privilégié de fabrication de la croûte continentale à partir d’un magma d’origine mantellique. Actuellement, cette production de croûte continentale est compensée par sa disparition par érosion puis subduction. La croissance des continents est donc nulle. Les roches plutoniques n’affleurent en surface que des millions d’années après leur formation suite à une importante érosion. Au niveau des zones de subduction une grande variété de roches plutoniques (granite, diorite, granodiorite) et volcanique (andésite rhyolite et dacite) se forment. Figure 1 : production des roches de la croute continentale dans une zone de subduction Collection l’Excellence (00229)67845279 30 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe • Le refroidissement du magma en surface s’effectue rapidement au contact de l’air conduisant à des roches (de type andésite) constitués de microcristaux noyé dans du verre (pate non cristallisée) et quelques phénocristaux • Le refroidissement du magma en profondeur s’effectue lentement, les minéraux cristallisent progressivement et sont visibles à l’œil nu. Extrait modifié de SVT Term Belin 2012.P. 190 b-observation réel d’échantillon de roches et de lame mince de roches plutonique et volcanique ou schéma de lame mince de roche roches plutonique et volcanique Figure 2-Echantillon d’andésite Les andésites sont des roches de contenant des cristaux de feldspaths plagioclase, de pyroxène, d'amphibole et de biotite (minéraux hydroxylés) dans une matrice vitreuse. Figure 3-Schéma d’une lame mince de d’andésite Figure 4 : Composition minéralogique des roches des zones de subduction Extrait modifié de SVT Term S Belin 2012.P.189 Collection l’Excellence (00229)67845279 31 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Document 3 : les chaines de subduction Lorsqu'une plaque océanique, plus dense, plonge sous la croûte continentale, on parle de "subduction océanique-continentale". Il se crée alors une faille océanique, et le rebord de la plaque se plisse et se soulève et forme une chaine de montagne ; il s’agit dans ce cas d’une chaine de collision. La cordillère des Andes, d'environ 9 000 km de long, est issue de ce type de subduction.c’est un chaine de montagne qui s’étend le long de la côte ouest de l’Amérique du sud. Figure 5 : Schéma illustratif de la formation d’une chaine de subduction • Exploite les documents fournis pour élaborer une explication à l’origine et au devenir du magma dans les zones de subduction. Pour cela : ✓ Dégage la cause et les conditions (profondeur et température) permettant la fusion partielle des péridotites dans les zones de subduction ✓ Décris brièvement le devenir du magma obtenu (NB : tu préciseras la structure des roches obtenues) ✓ Détermine quelques points communs entre les différents granitoides.. ✓ Dégage la notion de chaine de subduction tout en précisant les caractéristiques des chaines de subduction ✓ Elabore enfin une synthèse sur l’origine et le devenir du magma dans les zones de subduction Collection l’Excellence (00229)67845279 32 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Evaluation formative Exploite les acquis des activités précédentes pour reproduire et compléter le tableau ci-dessous afin de caractériser les groupes de roches indiqués Roches Roches plutoniques volcaniques Lieu de formation (en profondeur ou en surface) Mode de refroidissement du magma (rapide ou lent) Aspect de la roche à l’observation ( visiblité des cristaux à l’œil nu ou au microscope/taille des cristaux, présence de microlithes, de phénocristaux, de verre). Structure Exemple de roches (nom de quelques roches) Activité de structuration Exploite les acquis des séquences précédentes pour expliquer la relation entre la métamorphisme des roches de la croute océanique et le magmatisme observé lors de la subduction. Ton explication sera illustré par un un schéma de synthèse constitué de flèche et d’écrit. Séquence 3 : comment se déroule la collision et le métamorphisme associé ? Les fosses océaniques sont non seulement des zones de subduction mais également des zones de collision des plaques et de production de roches métamorphiques. Commennt se déroule ces phénommes ? Document 1 La collision : conséquence de la poursuite de la subduction Les zones de subduction sont des frontières convergentes où la lithosphère océanique plonge dans l’asthénosphère. Il y a environ 50 millions d’années, les continents qui bordaient le petit océan alpin entrèrent en collision. Durant les millions d’années qui ont suivi, la collision s’est poursuivie ; de nouvelles zones de fractures et de charriages se mettent en place toujours en plus à l’ouest. Actuellement, les alpes (chaine de montagnes s’étendant sur une surface de 190000 km2, et se répartissant autour des frontières de plusieurs pays européens) sont des montagnes vivantes ; les reliefs continuent de se former même s’ils sont soumis à une érosion intense. Comme les alpes, La chaine de l’Himalaya est aussi une chaine de collision ; c’est un ensemble de chaines de montagnes s’étirant sur plus de 2400 km de long et large de 250 à 400 km, et s’étendant sur plusieurs pays d’Asie dont l’Inde, le Pakistan, le tibet, etc. la figure ci-dessous illustre le scénario de formation des alpes occidentales Collection l’Excellence (00229)67845279 33 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe 100Ma = 100 millions d’années Figure 1 : les étapes de la subduction à la collision : scénario de formation des alpes occidentales Extrait de SVT Term S Belin 2012.P.171 Les flèches indiquent le sens du mouvement des plaques fig. 2 : Schéma d’interprétation du contexte de la collision fig. 3 : schéma d’une chaine de montagne dans une zone de collision Collection l’Excellence (00229)67845279 34 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Document 2 : le métamorphisme dans les zones de collision a-) métamorphisme thermodynamique ou régional Les roches de la croûte impliquées dans une chaîne de collision sont enfouies par le jeu des écailles tectoniques et subissent des transformations. Ces transformations peuvent affecter la structure et/ou la composition minéralogique des roches : on parle de métamorphisme des roches. Dans les zones de collision les roches lithosphériques continentales (et les roches du complexe ophiolitique) subissent une forte augmentation de la pression et de la température qui les transforme. b- expérience de Daubrée (ou effectuer une modélisation avec le matériel disponible) Pour montrer l’origine de l’organisation et de l’orientation des roches métamorphiques, Daubrée a réalisé l’expérience suivante : Dans un cylindre à piston et avec ouverture rectangulaire à la base, un mélange d’argile et de cristaux laminaire de mica est soumis à une haute pression appliquée avec le piston. Les dessins ci-contre résument les données et les résultats de cette expérience. c-) caractéristiques des roches métamorphiques Les roches métamorphiques formées sont toujours orientées et très déformées Les transformations structurales que subissent les roches suite au métamorphisme se traduisent par des structures tectoniques observables, même au niveau des paysages métamorphiques. On en distingue la schistosité et la foliation. La schistosité : Feuilletage présenté par des roches sous l’influence des contraintes tectoniques, et selon lequel elles peuvent se débiter en lame La foliation est une structuration en plan distinct des roches métamorphiques. La structure est marquée par l’orientation préférentielle de minéraux visibles à l’œil nu. Ce type de métamorphisme est le métamorphisme thermodynamique ou régionale (métamorphisme de haute pression et de haute température). Selon l’intensité croissante du métamorphisme, une même roche mère donne une succession de roches métamorphiques appelée une série métamorphique. La série caractéristique des chaines de collision est : Collection l’Excellence (00229)67845279 35 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Lorsque les forces aux limites compressives ne s’exercent plus, cette croute épaissit est en déséquilibre gravitaire et s’amincit par érosion, et les roches métamorphisés en profondeur se retrouvent à la surface Roches Schiste vert Micaschiste Gneiss Lame mince Structur e minérau x Schisteuse dont le sens des minéraux indiquent le sens des forces mécaniques Séricite + Chlorite Intensité du métamorphisme Schisteuse-foliée, les lits de minéraux sont simple à cliver (séparables) Foliée, les lits de minéraux distincts sont non clivables Lits de biotite + moscovite Mica (lits sombres), quartz (=Mica) claires, et lits de et quartz. feldspath (lits clairs) METAMORPHISME CROISSANT Echantillon et lame mince de Schiste, micaschiste et gneiss NB : le gneiss est également obtenu à partir du métamorphisme du granite b-) le métamorphisme de contact. La collision est marquée par un échauffement des roches au niveau des chevauchements des nappes de charriage donnant naissance au magma qui migre vers la surface. Au voisinage des intrusions magmatiques, la chaleur dissipée par le corps magmatique en cours de refroidissement induit des modifications texturales et minéralogiques des roches sédimentaires adjacentes : il s'agit d'un métamorphisme thermique. Les roches métamorphisées forment une auréole de métamorphisme autour des roches magmatiques. Ce type de métamorphisme est due à une haute température et une basse pression HT-BP : c’est le métamorphisme de contact. Fig. a : illustration du métamorphisme de contact Collection l’Excellence (00229)67845279 36 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Document 3 : Les chaînes d'obduction : cas de la chaîne de la péninsule Arabique d'Oman Sous l'action des forces compressives, la croûte océanique subit une faille inverse (grande cassure), suivie d'une subduction intra-océanique (fermeture de l'océan). La fermeture du domaine marin progresse, et rapproche la croûte continentale de la plaque plongeante de la zone de subduction. Du fait de sa faible densité par rapport à la croûte océanique, la croûte continentale ne peut pas plus plonger sous la croûte océanique, cela entraîne le blocage de la subduction, et la poursuite des forces de compression pousse la lithosphère océanique à glisser par-dessus la croûte continentale, il y a élévation de reliefs et formation de chaîne montagneuse d'obduction. Les étapes de la formation de la chaîne de la péninsule Arabique d'Oman • Exploite les informations collectées des documents pour élaborer une explication au déroulement de la collision au métamorphisme associé. Pour cela : ✓ Décris brièvement le mécanisme de la collision à partir du texte qui t’es proposé ✓ Dégage la notion de métamorphisme puis reproduit et complète le tableau ci-dessous pour caractériser les types de métamorphisme indiqués par les documents (NB : tu ajouteras le métamorphisme étudié dans la séquence 1) Type de métamorphisme Condition de température et de pression Zones Caractérisées par ce type de métamorphisme Séries métamorphiques ✓ Dégage les caractéristiques permettant de reconnaitre les roches métamorphiques à l’observation. ✓ Tire une conclusion des résultats de l’expérience de Daubrée. ✓ A partir de la conclusion précédente, établi la relation entre les conditions de formation des roches métamorphique et leurs caractéristiques. ✓ Décris le mécanisme de l’obduction à partir du texte proposé ✓ Elabore enfin une explication au déroulement de la collision au métamorphisme associé Collection l’Excellence (00229)67845279 37 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe Séquence 4: la granitisation et sa relation avec le métamorphisme Lors du métamorphisme dans les zones de collision, il se produit une granitisation en relation avec le métamorphisme. Comment se déroule cette granitisation ? Document : La granitisation et le métamorphisme • Le granite d’anatexie La collision entre deux plaques portant des continents amène des fragments de la croute continentale à des profondeurs de l’ordre de 50 à 70 km où elles subissent des conditions de pression et de température croissante. Les roches d’origine se transforment et deviennent des roches métamorphiques, aboutissant à la formation de gneiss. C’est le cas des argiles et du granite dont le métamorphisme aboutit au gneiss. Sous l’effet de l’isostasie par poussée de l’asthénosphère, ces roches vont remonter vers la surface, la pression diminue mais la température reste élevée. Ces conditions conduisent à la fusion partielle des roches métamorphiques (anatexie) et à la formation du magma anatectique. Le magma refroidit progressivement sur place, en restant liée au gneiss pour former la migmatite, et une autre partie forme du granite d’anatexie. Les migmatites sont formées de l’alternance de niveaux clairs (magmatiques granitique) et de niveaux sombres (métamorphiques). Après l’érosion, ces roches affleurent en surface. L’analyse de la composition chimique des migmatites confirme un passage progressif de la composition chimique du gneiss vers une composition chimique de nature granitique. • Le granite intrusif Le magma peut également monter (par différence de densité) vers la surface. Lors de l’intrusion des plutons granitiques, les roches encaissantes (sédimentaires) sont soumises à une élévation de température qui affectent leur structure et leur composition minéralogique. Le pluton se présente sous la forme d’un massif autour duquel se développe une auréole de métamorphisme de contact. Le refroidissement de ce magma donne du granite intrusif. Collection l’Excellence (00229)67845279 38 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe - Exploite les documents fournis pour expliquer la relation entre la granitisation et le métamorphisme. Pour cela : ✓ Dégage la notion d’anatexie ✓ Compare le granite d’anatexie au granite intrusif Granite d’anatexie Granite intrusif Origine du granite Roches avoisinantes Type de métamorphisme Etendue du granite ✓ Explique enfin la relation entre la granitisation et le métamorphisme Activité 5 : Structuration et Intégration des acquis Collection l’Excellence (00229)67845279 39 SA 1 : Mouvement de la lithosphère et énergie interne du globe A paraitre L’ouvrage ‘’la Génétique dans la perspective du BAC’’ comporte des résumés de cours et exercices sur la transmission des caractères polygéniques tels que le groupage sanguin, la pigmentation de la peau, du pelage des animaux, des fleures… cet ouvrage a été élaborer afin d’aider les apprenants à réussir les exercices de génétique basés sur la transmission des caractères polygéniques et la création variétale tels que les exercices de génétique du BAC Blanc 2019, des BAC 2020 et 2021. L’ouvrage comporte donc : - Des résumés de cours pour acquérir les connaissances - Des exercices commentés pour acquérir les automatismes - Des évaluations formatives pour mettre en pratique - Des résolutions de problèmes de pour se mettre dans les conditions du BAC Retrouvez dans la même collection, les recueils d’exercices : le BAC en 10 sujet Edition 1 et 2 (00229)67845279 f Svt free Youtube : svtfree francophone Collection l’Excellence (00229)67845279 40
