Chapitre 2 : composition chimique de la Terre
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Chapitre 2: Composition chimique de la Terre. 5 Q. On a vu la structure interne de la terre : plusieurs couches concentriques dans lesquelles les vitesses des ondes sismiques différaient. On a vu en particulier qu´il y avait 2 types de croûte et de lithosphère... Quelles différences y a t-il entre les 2 ? La terre est composée de plusieurs couches concentriques dans lesquelles les vitesses des ondes sismiques différent. Pour comprendre la tectonique des plaques (fusion, mouvements des matériaux…), il faut connaître les composantes physiques (Pression, température), mais aussi les compositions chimiques de ces couches. Quels sont les éléments chimiques composant la Terre ? Comment parvient-on à connaître la composition chimique de roches inaccessibles ? Voir le TP2. Q. Différences entre Roche, minéraux et cristaux Définitions du TP 2 à savoir I Etude directe des enveloppes superficielles accessibles à l'échantillonnage. TP2 activités 1 et 2 A-étude minéralogique et structurale des roches les plus représentatives 15 Je leur donne les 4 roches (basalte, granite, gabbro et péridotite) Quelle est la roche représentative de la croûte cont ? Croûte océanique ? Qui peut décrire ces roches ? (minéraux, structure) Je rends les dessins, commentaires et poly (pour ceux qui n´ont pas pris de notes). 5 On lit le texte. 1. La croûte. La croûte terrestre peut être divisée en croûte continentale, composée essentiellement de roches de composition proche de celle du granite et croûte océanique, formée majoritairement de roches de composition proche de celle du basalte. Le granite a une structure grenue (ou holocristalline), c'est-à-dire qu'il est formé entièrement de cristaux. Il est composé de quartz d’aspect gris translucide, de feldspaths (orthose et plagioclase) opaques blancs ou roses, et de micas (paillettes noires ou dorées). Le basalte a au contraire une structure microlithique : c'est une roche formée de phénocristaux (= gros cristaux) et de microlites (= petits cristaux) dispersés dans une pâte non cristallisée = verre . Les phénocristaux sont des pyroxènes (couleur noire) et des olivines (couleur vert olive), les microlites sont des feldspaths plagioclases. Le gabbro a la même composition que le basalte. Mais a une structure grenue. Ces trois roches sont des roches magmatiques. La croûte est recouverte de sédiments qui ne représentent qu'une infime épaisseur à l'échelle de la Terre. On en verra lors de la sortie. (conglomérat, grès, moraine, pouding siliceux, sable) 2. Le manteau supérieur. Q. Qui peut décrire cette roche ? (minéraux, structure) On peut avoir accès aux roches du manteau supérieur car elles sont parfois présentes en enclaves dans des roches volcaniques. Le manteau supérieur est formé de péridotite, roches grenue composée d'olivine et de pyroxène. Il est riche en oxygène, silicium, magnésium et fer. B- détermination de la composition chimique des enveloppes superficielles 10 Le manteau et la croûte sont constitués de minéraux nommés silicates dont on connaît les formules chimiques. Il est donc possible de déterminer les compositions atomiques des roches échantillonnées. Rq : pour le verre non cristallisé d’autres méthodes physiques sont utilisées. (spectrogramme de masse. L'échantillon du corps que l'on veut étudier est placé dans une enceinte sous vide et chauffé. Les atomes sont vaporisés puis ionisés (c'est à dire qu'ils acquièrent une charge suite à la perte ou au gain d'un ou plusieurs électrons). Les ions formés sont alors capables d'être accélérés et déviés par un champ magnétique. Plus l'ion est lourd, moins il sera dévié. La sonde ionique est un instrument similaire au spectrogramme de masse, mais la purification de l'échantillon n'est plus nécessaire : celui-ci est bombardé par un faisceau d'ions primaires, et les ions émis en retour sont étudiés selon le principe du spectrogramme de masse. Les minéraux peuvent être étudiés directement au sein de la roche, ce qui permet de contrôler leur localisation et d'effectuer des comparaisons. La sonde ionique est capable d'analyser des surfaces rocheuses extrêmement petites (10 à 20 microns d'envergure). 1. La croûte. Correction de la question Excell du TP 3 Act.1. Les granites sont très riches en silice SiO2 , les basaltes un peu moins. L'ensemble de la croûte est riche en oxygène, silicium, aluminium, potassium, sodium et calcium. DOC Composition chimique donné 2. Le manteau supérieur. Il est riche en oxygène, silicium, magnésium et fer. II Etudes indirectes des composants des couches profondes 10 Quelques indications sur la composition chimique du manteau profond sont données par les laves émises par les volcans de type point chaud (voir chapitre suivant) mais on utilise essentiellement des méthodes indirectes : A- étude des météorites TP 3 Je rends les résultats du TP3 Act.2 (à rendre par internet). Doc compositions chimiques météorites. Ajouter les formules dans la dernière ligne La comparaison entre les compositions de chondrites et achondrites permet de mettre en évidence que le fer (un des éléments dominants dans l'univers) constitue l'essentiel de la composition chimique du noyau alors qu´il manque dans les enveloppes superficielles du globe. Le noyau contient aussi du Ni. B- confirmation par l´étude de la vitesse des ondes P dans noyau 10 La vitesse d'une onde P est proportionnelle à la masse volumique du milieu qu'elle traverse. Ainsi, Birch a reporté cette vitesse en fonction de la masse volumique de divers éléments chimiques. (manteau 8 à 13 km/s, 4 à 5,5 . 103 kg/m3 / noyau 8 à 12 km/s, 9 à 12 . 103 kg/m3 ) Si l'on inclut dans ce graphique les vitesses des ondes P dans le noyau et le manteau, il apparaît clairement que le manteau est probablement constitué d'éléments légers (Si, Mg, O) et le noyau d'éléments lourds. L'élément lourd qui se rapproche le plus dans le diagramme de ce que l'on observe pour le noyau est le fer ou un élément de masse atomique voisine... On constate également que le fer pur n'explique pas parfaitement les données. Il faut donc y ajouter un faible pourcentage d'éléments légers. Les résultats montrent que le manteau inférieur a la même composition chimique que le manteau supérieur alors que le noyau est composé d'environ 80% de fer et 20% de nickel. conclusion: Les matériaux de la croûte et du manteau supérieur sont observables à la surface de la Terre et on peut déterminer leur composition chimique à partir de l'étude de roches représentatives. Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles mais l'expérimentation et l'analyse des météorites permettent d'accéder de façon indirecte à leur composition. Les enveloppes de la Terre ont des compositions chimiques différentes dominées par un nombre limité d'éléments dits "majeurs": O, Si, Mg, Fe, Ca, Na, K, Al. Limites : la structure détaillée des minéraux et la minéralogie exhaustive ne sont pas au programme. exercices possibles: 2 p283 (questions 1a et début 1b) Quartz Si02 Orthose KalSi3O8 Plagioclases AlSi3O8 Olivine (Fe,Mg)SiO4 Pyroxènes (SiAlO3)Ca(Fe,Mg,Al)
