A partir des documents proposés et vos connaissances, montrez les

Activité 12 : Lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale
Thème 1B
Compétences travaillées
Notions à construire
La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude
moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par des différences crustales. La
croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d'une épaisseur
plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique. L'âge de la croûte océanique
n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet
âge est déterminé par radiochronologie. Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes,
répond, en profondeur, une importante racine crustale.
L'épaisseur de la croûte résulte d'un épaississement lié à un raccourcissement et un
empilement. On en trouve des indices tectoniques (plis, failles, nappes) et des indices
pétrographiques (métamorphisme, traces de fusion partielle). Les résultats conjugués des
études tectoniques et minéralogiques permettent de reconstituer un scénario de l'histoire de la
chaîne.
Attitudes
Capacités
Faire preuve d’autonomie
Respecter les consignes
Réaliser la dissection d'une fleur simple
Traduire les observations sous une forme schématique simple
(diagramme floral).
Mettre en évidence les relations entre une plante et un animal
pollinisateur ou disséminateur.
A partir des documents proposés et vos connaissances, montrez les particularités de la lithosphère continentale en comparaison avec la lithosphère océanique.
Document 1 : Le granite (D’après Wikipedia) http://christian.nicollet.free.fr/page/enseignement/LicenceSN/granites/granites.html
Le granite est une roche plutonique magmatique à texture grenue, cette texture étant à l'origine de son nom dérivé du latin granum, grain. Le granite est le résultat du
refroidissement lent, en profondeur, de grandes masses de magma intrusif qui formeront le plus souvent des plutons, ces derniers affleurant actuellement en surface grâce au jeu de
l'érosion qui a décapé les roches sus-jacentes. Ces magmas acides (c'est-à-dire relativement riches en silice) sont essentiellement le résultat de la fusion partielle de roches
mantelliques et de la croûte terrestre. Ses minéraux constitutifs sont principalement du quartz, des micas (biotite et/ou muscovite), des feldspaths potassiques (orthoses) et des
plagioclases. Ils peuvent contenir également de la magnétite, du zircon . En tout, on dénombre aujourd'hui plus de 500 couleurs de granites différentes
La composition chimique moyenne du granite est : 74,5 % de SiO2, 14 % de Al2O3, 9,5 % de (Na2O, K2O), 2 % d'oxydes (Fe, Mn, Mg, Ca).
Le granite et ses roches associées forment l'essentiel de la croûte continentale de la planète
Matériel disponible : Microscope, granite, lame mince de granite, balance, éprouvette graduée, polariseurs et analyseurs
Document 2 : Composition chimique des croûtes océanique et continentale, composition chimique de roches
1
Document 3 :Le modèle d’Airy (Logiciel SimulAiry) http://www.ac-grenoble.fr/svt/SITE/portail_tice/cran04/ateliers/atelier14/modele/airy/modeltheo.htm
On définit l'isostasie comme un état d'équilibre réalisé à une profondeur dite profondeur ou niveau de compensation pour laquelle, la pression de charge est la même en tout point.
Le modéle d'Airy est bien adapté à la lithosphère continentale pour lequel la masse volumique de la croûte est constante.
Document 4 : Datation de granites avec le couple 87Rb/87Sr
Le massif de Chateauponsac (Limousin) a fait l'objet d'une datation par la méthode rubidium — strontium. Les éléments Rb et Sr sont intégrés dans la structure des minéraux du
granité comme les micas, les feldspaths lors de la cristallisation.
Voici les résultats des dosages dans 6 échantillons de ce granite :
N° échantillon
87
Rb/86Sr
87
Sr/86Sr
1
31,5
0,8622
2
13,54
0,7726
3
23,43
0,8224
4
43,35
0,9146
5
15,38
0,7816
6
12,73
0,7677
Des dosages effectués sur 9 échantillons de granite de Plouaret (Bretagne) ont donné les résultats suivants :
Echantillon
87
Rb/86Sr
87
Sr/86Sr
1
1,54
0,7129
2
5,60
0,7324
3
5,70
0,7324
4
12,2
0,7636
5
3,38
0,7228
6
4,52
0,7266
7
4,81
0,7278
8
0,209
0,7066
9
2,47
0,7167
10
6,18
0,7340
Document 5 : Principe de la datation absolue
La datation absolue repose sur la présence dans les roches ou les fossiles d'isotopes radioactifs dont la désintégration en fonction du temps constitue un chronomètre naturel appelé
radio chronomètre.
Loi de désintégration radioactive :
Dans un système clos ou fermé, s'il existe à l'origine (t=0) un certain nombre d'atomes radioactifs d'un élément donné, il ne reste, qu'après un certain temps, qu'une fraction de la
quantité initiale de cet élément, le reste s'étant désintégré en élément fils.
Cette méthode s'appuie donc sur la loi de décroissance radioactive d'isotopes de certains éléments chimiques.
P=P0. e-λt
ou
F = F0 + P (eλt-1)
P : nombre d'atomes de l'élément père au temps t
P0 : nombre d'atome de l'élément père au temps to
F : nombre d'atomes de l'élément fils au temps t
F0 : nombre d'atomes de l'élément fils au temps to
λ : constante de désintégration radioactive = Ln2/T
T : demi vie = période = temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments radioactifs présents.
Les quantités d'isotopes P se mesurent avec un spectromètre de masse
2
Pour que l'âge obtenu ait un sens il faut que :
 l'échantillon n'ait pas fait d'échange avec l'extérieur.
L'élément fils doit rester dans la roche et il ne doit pas y avoir d'apport extérieur, l'élément père résiduel ne doit pas quitter la roche et il ne faut pas d'apport extérieur de l'élément
père. On dit alors que le système est clos ou fermé. La fermeture du système identifie le démarrage du chronomètre naturel.
Ex : âge de cristallisation d'une roche à partir d'un magma
On ne peut pas dater les roches sédimentaires car pour ces roches, il y a toujours des échanges avec le milieu extérieur.
 le choix du radiochronomètre soit fonction de la période de temps que l'on cherche à explorer.
En effet, la datation n'est valide que si l'on mesure des durées allant du centième à dix fois la période de l'isotope choisi (T/100 et 10T ) pour dater des événements récents on
utilise des radiochronomètres à faible T et vis versa.
 le choix du radiochronomètre corresponde à la nature de l'échantillon
Ex : Présence de Rb dans les micas et les feldspaths.
Document 6 : La datation absolue avec le couple Rubidium/Strontium
La quantité initiale lors de la fermeture du système atomes père ou fils est inconnue, on utilise un système de calcul à au moins deux équations, avec des mesures sur au moins
deux échantillons.
Cette méthode est utilisée pour dater des roches métamorphiques et magmatiques riches en micas et en feldspaths. Lors de la cristallisation d'une roche, certains minéraux
(Orthose, Mica noir) emprisonnent du 87Rb (à la place de K) mais et d'autres (Plagioclases) du 87Sr et du 86Sr non radiogénique (à la place de Ca). Le 87Rb se désintègre en 87Sr.
Ce cas de datation est plus complexe que les précédents car les quantités initiales d'atomes père et fils sont inconnues. Pour cela il faut faire des mesures dans plusieurs échantillons
(plusieurs roches issue d'un même magma, ou plusieurs minéraux d'une même roche). Il faut comparer ces mesures à un isotope réfèrent ici le 86Sr non radiogénique.
La méthode consiste à mesurer les deux rapports de concentration isotopique 87Sr/86Sr et 87Rb/86Sr avec 86Sr constante au cours du temps. Les rapport isotopiques (87Sr)o/(86Sr) sont
constants car les minéraux d'une même roche ont cristallisé en même temps et 86Sr non radiogénique.
(87Sr)/(86Sr) = (87Sr)0/(86Sr) + (eλt -1) (87Rb)/(86Sr)
Les résultats de ces mesures permettent de tracer une représentation graphique dite courbe isochrone, fonction de type linéaire y=ax+b.
t= Ln (pente + 1)/λ
T= 48,8.109ans
On ne connaît rien au départ.
On mesure les deux rapports précédents.
On calcule l'âge t qui correspond à l'âge de cristallisation à partir de l'étude du graphique (à partir de la pente de la courbe isochrone)
Cette méthode est utilisée pour des datations supérieures à 100 Ma.
Document 6 : Détermination de la profondeur de la discontinuité de Mohorovicic avec des sismogrammes (p 86)
http://caracasismo.files.wordpress.com/2012/04/atelier-pratique-nc2b0-7-evaluer-la-profondeur-du-moho.pdf
Quand les ondes changent de type de milieu leur vitesse varie brutalement et à la
surface séparant les deux milieux (propriétés physicochimiques différents) elles
peuvent se réfracter et se réfléchir. La réfraction et la réflexion obéissent aux lois de
Descartes.
(sin i/sin r) = V1/V2
Schéma de la loi de Descartes sur la réfraction et la réflexion
3
1. Ouvrir le logiciel Educarte en cliquant sur le fichier « ec.Moho-Alpes.html » dans le dossier Educarte.
Afficher les séismes de la zone étudiée (Région niçoise) en cliquant sur l’onglet « Séismes SISMOS à l’Ecole ».
Afficher les stations sélectionnées en cliquant sur l’onglet « réseau Edusismo »
Séisme
Station
24/10/2008
DRGF
09/02/2009
NICF
21/04/2009
SDTF
2. Ouvrir les sismogrammes pour les stations avec le logiciel Seisgram2K.
Repérer les ondes P et les ondes S puis effectuer un pointé pour chacune d’elle.
On remarque une diminution de l’amplitude des ondes P puis une reprise du signal avant l’arrivée des ondes S qui corresponde aux ondes PmP. Parmi les ondes P, on distingue
plusieurs sortes d’ondes se propageant selon des parcours différents depuis le foyer jusqu’à la station :
- ondes P directes à une vitesse moyenne de 6.25 km/s
- ondes PmP réfléchies sur le Moho, même vitesse (« Autre »)
Pointer ces ondes pour afficher le décalage entre leur arrivée et celle des ondes P.
Aller dans « affichage » → « Sismogramme Info » pour obtenir les informations suivantes concernant le séisme :
 profondeur du foyer
 distance épicentrale
Croûte
Manteau
Schématisation du trajet d’une onde PmP
F = foyer
h = profondeur du foyer
H = épaisseur de la croûte terrestre au dessus du point B
∆ = distance épicentrale
δ t = t PMP – t P ( retard en secondes entre les ondes PMP réfléchies et les ondes P directes)
On peut appliquer le théorème de Pythagore :
D’où la détermination possible de la position du point de réflexion ; AB représente la distance épicentre-point de réflexion :
4
3. Calculer H pour les 3 sismogrammes proposés grâce à la feuille de calcul Excel « Calcul Moho ».
L’outil « Calcul des distances » permet de montrer le trajet des ondes .Relier l’épicentre du séisme à la station. L’outil « Localisation par cercles » permet de visualiser la distance
entre l’épicentre et le point de la surface situé à l’aplomb du point réflexion.
L’intersection entre le segment de droite et le cercle permet de déterminer sur la carte le point en surface à la verticale du point B .
Confronter vos résultats avec les données scientifiques en cliquant sur « Images » dans Educarte , déroulant le menu → Carte Moho → afficher et plaçant le curseur sur 100.
Noter vos constatations quant aux profondeurs du Moho.
Document 7 : Schémas et photographies de structures géologiques visibles dans les Alpes
Une nappe de charriage est un ensemble de couches géologiques qui se sont déplacées sur de grandes distances : il s’agit donc d’un chevauchement de grande amplitude sur des
dizaines de kilomètres.
Faille inverse et pli
5
T
L
Chevauchement de roches du Trias (T en jaune) sur des roches du Lias (L en bleu)
La période du Lias est la dénomination chrono-stratigraphique internationale de la série inférieure du Jurassique, qui fait suite au Trias supérieur et qui précède le Jurassique
moyen. Elle recouvre la période comprise entre 199,6 et 175,6 millions d'années.
Document 8 : Les migmatites, traces de fusion partielle
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img324-2010-09-13.xml
Les migmatites sont des roches métamorphiques souvent rubanées et constituées de deux parties de
couleur différente . Une partie de couleur claire, assimilé à la partie de la roche ayant fondue et qui
constitue le mobilisat. Une partie de couleur sombre, constituant la partie de la roche étant restée solide
et qui constitue la restite.
Migmatite
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