TP2 LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA TERRE

TP2 LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA TERRE.
activité 1: observation des roches accessibles en surface
1. carte géologique de la France p353 et document 2 p266.
Indiquez les roches majoritaires en surface et les roches majoritaires dans l'ensemble de la croûte continentale.
2. La croûte continentale est composée essentiellement de granites ou de roches ayant une composition chimique voisine de celle
du granite. La croûte océanique est formée de basaltes et gabbros. Certaines roches volcaniques contiennent des enclaves de
roches provenant du manteau: ce sont des péridotites (voir document 3 p267 et échantillon).
Vous avez à votre disposition: - des échantillons de granite, basalte et péridotite
- des lames minces de granite et basalte, une photo de péridotite en microscopie p271
- l’aspect des principaux minéraux en lumière polarisée et en lumière analysée: livre p280-281.
La structure cristalline des minéraux fait que la vitesse de propagation de la lumière n'est pas la même dans toutes les directions.
L'observation de lames minces de roches en lumière polarisée permet alors de distinguer les différents minéraux. En lumière
polarisée non analysée LPNA ou lumière naturelle, on voit la forme et la couleur naturelle des minéraux alors qu'en lumière
polarisée LPA, on voit la teinte de biréfringence.
Indiquez dans un tableau les caractéristiques de ces trois roches à l'œil nu et au microscope polarisant (réalisez
notamment un schéma de votre observation microscopique en indiquant les caractéristiques des minéraux permettant
de les identifier).
définitions: - minéral = corps inorganique de composition chimique bien définie, constituant les roches. Un minéral peut être
cristallisé ou amorphe.
- cristal = minéral possédant une structure atomique ordonnée et donc une forme précise parfois géométrique.
activité 2: composition chimique des roches accessibles en surface
Le tableau ci-dessous indique la composition minéralogique (en pourcentage) des trois roches étudiées:
minéral
quartz
orthose
plagioclase
mica
pyroxène
olivine
verre
granite
22,1
42,8
27,8
7,3
basalte
9
38
7
46
péridotite
28
72
Le tableau ci-dessous donne le pourcentage d'oxygène dans les principaux minéraux rencontrés dans les trois roches étudiées:
quartz
orthose
plagioclase
mica
pyroxène
olivine
verre
O
53,33
46,78
47,1
39,33
41,8
36,42
49
1. Expliquez comment calculer le pourcentage d'oxygène dans ces trois roches.
2. Concevez un tableau Excel permettant de calculer la composition chimique de ces trois roches (en connaissant le
pourcentage des différents éléments chimiques dans les principaux minéraux).
activité 3: composition chimique des roches non accessibles en surface
1. Le graphique ci-contre indique la vitesse
des ondes P en fonction de la masse volumique
pour quelques métaux.
On donne la masse volumique des matériaux:
- du manteau supérieur: de 3 à 5 g.cm-3.
- du noyau: de 10 à 11,5 g.cm-3.
a. Indiquez sur le graphique les domaines
correspondant au manteau supérieur et au noyau
(vous devez utiliser les vitesses vues dans le TP
précédent).
b. Montrez que ces résultats sont en accord avec
l'hypothèse d'un manteau supérieur constitué de
péridotites.
c. Formulez une hypothèse sur la composition du noyau.
2. Utilisation des météorites: on sait que les chondrites correspondent à la Terre non différenciée donc leur composition chimique
est celle de la Terre globale. La composition chimique du manteau correspond à celle de certaines achondrites. Ces compositions
sont données dans les tableaux ci-dessous:
O
Si
Al
Fe
Mg
Ca
Na
K
Ti
Ni
chondrites
33.5
17.3
2.4
30.4
12.7
1.5
0.18
0.02
0.3
1.7
achondrites équivalentes au manteau
47.03
25.63
3.87
1.09
18.45
2.5
0.53
0.21
0.49
0.2
La masse de la Terre est de 5 970 1021 kg, celle du manteau de 3 990 1021 kg. La croûte est négligeable.
Concevez un tableau Excel permettant de déterminer la composition hypothétique du noyau d'après ce modèle.
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14
masse volumique (103 kg.m-3)
vitesse de
propagation
des ondes
sismiques
(km.s-1)
Na
Mg
Al
Li
Cr
Fe
Ag
Cu
Ni

TP2 LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA TERRE - REPONSES.
rappel sur les trois grands types de roches (montrer des échantillons):
1. les roches sédimentaires sont formées par accumulation d'éléments plus ou moins hétérogènes reliés par
un ciment et ne contiennent en général pas de cristaux visibles à l'œil nu (en tous cas pas dans le ciment).
Elles sont le plus souvent disposées en strates superposées. Elles peuvent contenir des fossiles. Ex:
calcaire, grès, argiles, charbon.
2. les roches magmatiques sont formées par refroidissement d'un magma. Elles contiennent en général des
cristaux. Exemples: basalte, granite.
3. les roches métamorphiques sont formées par transformation d'autres roches. Elles contiennent aussi des
cristaux mais présentent en plus une structure particulière, souvent en feuillets. Exemples: micaschiste,
gneiss.
activité 1: étude des roches accessibles en surface
1. Les roches présentes en surface sont surtout des roches sédimentaires (plissées ou non). Les massifs
anciens sont formés de granite ou de roches métamorphiques.
Les sédiments ne représentent qu'une faible épaisseur, la croûte continentale est formée essentiellement
de granite ou de roches ayant une composition chimique voisine.
2.
à l'œil nu
au microscope (schéma de l'observation en lumière polarisée)
granite
assemblage de cristaux de 3
sortes:
- minéraux translucides,
grisâtres, d’aspect gras:
quartz
- minéraux noirs brillants, en
feuillets: mica (biotite)
- minéraux blancs rosés,
opaques: feldspath (orthose
ou plagioclase)
structure grenue ou
holocristalline: roche formée
uniquement de cristaux
quartz: minéral de forme
globuleuse, passant du blanc
au noir
feldspath orthose: minéral de
forme rectangulaire, souvent
avec une partie noire et une
partie grise
mica: minéral allongé avec des
rayures parallèles à
l'allongement, teintes vives
(bleu, jaune, vert)
feldspath plagioclase: minéral
de forme rectangulaire avec
des rayures noires et grises

basalte
roche lourde, sombre,
quelques cristaux noyés
dans une pâte noire
structure microlithique: roche
formée de phénocristaux
dans une pâte non
cristallisée = verre
péridotite
association de 2 sortes de
cristaux:
- le pyroxène sombre
- l'olivine verte
structure grenue
phénocristal de pyroxène:
forme géométrique, teintes
variables, souvent orange à
brun, clivages perpendiculaires
verre = pâte non cristallisée
microcristal = microlite de
feldspath plagioclase
phénocristal d'olivine: forme
plutôt arrondie, craquelée,
teintes très vives
pyroxène: forme géométrique,
teintes variables, souvent
orange à brun, clivages
perpendiculaires
olivine: forme plutôt arrondie,
craquelée, teintes très vives

TP2 LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA TERRE - REPONSES (suite).
activité 2: composition chimique des roches accessibles en surface
1. Il faut additionner les produits du pourcentage de chaque minéral dans la roche par le pourcentage d'O
dans ce minéral et diviser le total par 100. Exemple pour le granite:
%O = 22,1×53,33 + 42,8×46,78 + 27,8×47,1 + 7,3×39,33 = 47,8%
2. composition chimique des principaux minéraux rencontrés dans les trois roches étudiées:
quartz
orthose
plagioclase
mica
pyroxène
olivine
verre
O
53,33
46,78
47,1
39,33
41,8
36,42
49
Si
46,67
30,18
23,5
17,57
26,65
22,83
28
Al
0
10,44
17,6
7,82
1,42
2,49
10,5
Fe
0
0,08
0,46
23,5
5
5,8
0,5
Mg
0
0,01
0,01
2,57
16
31
0
Ca
0
0,24
8,34
0,12
8,18
0,59
4
Na
0
2,54
2,97
0,11
0,49
0,61
5
K
0
9,73
0,01
6,93
0,12
0
3
Ti
0
0
0,01
1,91
0,34
0,26
0
H
0
0
0
0,14
0
0
0
fichier Excel
résultats:
granite
théorique
basalte
théorique
péridotite
théorique
O
47,8
49.4
45,2
43.7
49
37,9
43.5
47
Si
31
32.4
26,7
22
26,8
23,9
21.1
24
Al
9,9
7.4
7,1
8.5
5
2,2
1.9
1,5
Fe
1,9
2
2,6
6.5
1
5,6
6.5
2,2
Mg
0,2
0.6
8,3
7.6
9
26,8
22.5
23
Ca
2,4
1
5,7
7.1
7
2,7
2.2
2
Na
1,9
2.6
2,8
1.6
2
0,6
0.5
0,3
K
4,7
4.6
1,4
0.33
0,2
0,0
0.02
<0,1
Ti
0,1
?
0,1
1.67
0,3
1.7
H
0
0,0
0,0
activité 3: composition chimique des roches non accessibles en surface
1. a. vitesse des ondes P:
- dans le manteau supérieur: 8 à 10 km.s-1.
- dans le noyau: 8 à 11
b. Les principaux métaux contenus dans les
péridotites sont Mg, Fe, Na et Al. La position du
manteau supérieur sur le graphique peut
s'expliquer par une moyenne entre la vitesse
des ondes dans ces différents métaux.
c. D'après la position du noyau sur le
graphique, on peut supposer qu'il contient Fe et
éventuellement Cr, Ni et Cu.
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14
masse volumique (103 kg.m-3)
vitesse de
propagation
des ondes
sismiques
(km.s-1)
Na
Mg
Al
Li
Cr
Fe
Ag
Cu
Ni
manteau
noyau

2. fichier Excel
résultats:
% masse
noyau
O
6,24
Si
0,51
Al
-0,56
Fe
89,46
Mg
1,11
Ca
-0,52
Na
-0,53
K
-0,36
Ti
-0,08
Ni
4,72