tp4 divergence et phenomenes lies: lithosphere oceanique
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TP4 DIVERGENCE ET PHENOMENES LIES: LITHOSPHERE OCEANIQUE. Activité 1: Les différentes roches de la lithosphère océanique 1- Doc.2 p.312 - Indiquez ce que les scientifiques observent en plongée sous-marine à bord d'un submersible. 2- Documents de l'exercice 2 p.333 - A l'aide des informations apportées par l'exploration de la faille transformante Vema, élaborez un schéma représentant la succession des couches rencontrées dans la lithosphère. Placez-y le Moho. Précisez quelles roches constituent la croûte océanique. Activité 2: Origine des roches de la croûte océanique 1. Faites l'étude microscopique du gabbro et notez les résultats de cette étude. Vous disposez d'une lame mince de gabbro, d'un microscope polarisant, d’une planche de détermination des minéraux : livre page 280 - 281. Comparez au basalte déjà étudié. 2. En utilisant le document 1, comparez les compositions chimiques du basalte et du gabbro. 3. La vanilline, un modèle simplifié de la cristallisation des roches. La vanilline est une molécule organique extraite de la gousse du vanillier, très rare et très recherchée par les industriels pour son arôme. Une molécule de synthèse a été fabriquée par les chimistes; elle se présente sous forme cristallisée et sa température de fusion est facilement atteinte au contact de la flamme d'un bec Bunsen. Protocole expérimental: 1- Déposer à l'aide de la pointe d'un scalpel quelques cristaux de vanilline au centre de la lame, recouvrir d'une lamelle (sans eau). 2- Porter la lame tenue par une pince en bois au-dessus de la flamme du bec Bunsen; dès la fusion réalisée, retirer et appuyer fortement sur la lamelle avec une deuxième pince en bois. 3- Placer la lame sur la platine du microscope polarisant en position d'extinction. Observer au faible grossissement. Réaliser un schéma d'interprétation dès que les premiers cristaux apparaissent puis un autre à la fin de la cristallisation. 4- Reprendre la même lame, répéter l'opération chauffage - fusion, déposer la lame dans une boite de Pétri contenant de l'eau et de la glace pilée; observer au faible grossissement puis au moyen et schématiser. Refroidissement à la température de la pièce Début de la cristallisation Fin de la cristallisation Refroidissement dans l’eau glacée Fin de la cristallisation a- Quelle est la différence essentielle entre les deux dernières observations? b- Quel est le paramètre responsable? c- Indiquez en quoi cette expérience permet de comprendre la structure du basalte et celle du gabbro. 4. Conclusion: à partir des réponses aux questions 2 et 3, déduisez quelles relations existent entre basalte et gabbro. Activité 3: Origine du magma 1- A l’aide du document 1, formulez une hypothèse sur la roche – mère qui, après fusion, donne naissance au magma qui est à l’origine du gabbro et du basalte. 2- En utilisant le graphique du document 2, expliquez pourquoi la péridotite du manteau se trouve à l’état solide. 3- Rappelez la propriété caractéristique de la LVZ et expliquez-la à partir de ce graphique. 4- Indiquez, toujours à partir de ce même graphique, les deux processus qui permettent d’obtenir la fusion de la péridotite asthénosphérique. 5- Sachant que, sous une dorsale, il se produit une remontée de matériaux asthénosphériques, indiquez par une flèche sur le document 2 le trajet suivi par la péridotite située initialement à 100 km de profondeur. Indiquez lequel des deux processus cités précédemment correspond à cette remontée. 6- La fusion de la péridotite est-elle totale? Justifiez. 7- Comparez la composition chimique de la péridotite lithosphérique à celle de la péridotite asthénosphérique. Comparez également la composition chimique du basalte (ou gabbro) à celle de la péridotite asthénosphérique. Que remarque-t-on ? 8- A partir des réponses aux questions 6 et 7, indiquez l’origine de la péridotite lithosphérique. Document 1: Composition chimique moyenne des roches (seuls certains éléments majeurs sont cités) % en masse d'éléments Si Al Fe Mg K O Ni O Péridotite asthénosphérique 20.8 0.9 5.6 25.8 0.1 43.1 0 43.1 Péridotite lithosphérique 20.2 0.3 4.7 30.3 0.0 44.5 0 44.5 Gabbro 23.2 7.3 8.9 6.3 0.4 39.6 0 39.6 Basalte 23.3 7.3 8.8 6.1 0.5 39.7 0 39.7 Noyau 0.5 0 90 0 0 3.5 6 Document 2 : conditions de fusion des péridotites 0 1000 2000 température (°C) 0 Ce graphique indique les conditions expérimentales de fusion des péridotites. Le solidus est la limite entre la péridotite entièrement solide et la péridotite qui commence à fondre. Le liquidus est la limite entre la péridotite partiellement fondue et la péridotite entièrement fondue. 80 2500 160 5000 240 7500 Le géotherme océanique moyen est la courbe indiquant la température des roches de la lithosphère océanique en fonction de leur profondeur. solidus Profondeur (km) Pression (MPa) liquidus Géotherme océanique TP4 LITHOSPHERE OCEANIQUE - REPONSES. Activité 1: les différentes roches de la lithosphère océanique 1. Ils observent des basaltes en coussins ou pillow-lavas. 2. épaisseur sédiments environ 100 m basaltes en coussins environ 1 km complexe filonien environ 1km gabbros environ 1,5 km gabbros entrecoupés de filons de basaltes CROUTE Moho MANTEAU SUPERIEUR péridotites structure et composition de la lithosphère océanique Activité 2: origine des roches de la croûte océanique 1. Le cristaux gabbro de est taille formé entièrement équivalente, il a de une structure grenue. Les cristaux qui composent le gabbro sont les mêmes que microcristaux les phénocristaux présents dans le et les phénocristal de pyroxène phénocristal de feldspath plagioclase basalte: pyroxène et feldspath plagioclase. En revanche, il n'y a pas de verre dans le gabbro. 2. Le gabbro et le basalte ont la même composition chimique. 3. Refroidissement à la température de la pièce Début de la cristallisation Fin de la cristallisation Refroidissement dans l’eau glacée Fin de la cristallisation a. La taille des cristaux est beaucoup plus importante dans l'eau glacée. b. Le paramètre responsable est la vitesse de refroidissement: le refroidissement est plus lent dans l'eau glacée. c. On constate que la vitesse de refroidissement modifie la structure de la vanilline. On peut supposer qu'il se passe la même chose pour le magma à l'origine du basalte et du gabbro. 4. Le basalte et le gabbro se forment à partir d'un même magma (ceci explique le fait qu'ils ont la même composition chimique) mais ils ne se refroidissent pas à la même vitesse. Le basalte se forme en surface, le magma se refroidit vite, les cristaux n'ont pas le temps de se former et la roche a donc une structure microlithique. Au contraire, le gabbro se forme en profondeur, le magma se refroidit lentement, tous les cristaux ont le temps de se former et la roche a donc une structure grenue. Activité 3: origine du magma 1. Le magma ne peut pas provenir du noyau puisqu'il contient uniquement du fer, du nickel et de l'oxygène. Il ne peut pas provenir non plus de la péridotite lithosphérique puisqu'elle ne contient pas de K. En revanche, il peut provenir de la péridotite asthénosphérique. 2. La péridotite du manteau est entièrement solide car sa température et sa pression (indiquées par le géotherme océanique) font qu'elle est à gauche du solidus. 3. La LVZ est une zone où la vitesse des ondes sismiques est ralentie car le matériau est moins rigide. On observe que c'est dans cette zone que le géotherme est le plus proche du solidus. 4. On peut obtenir une fusion (c'est-à-dire passer à droite du solidus): - en augmentant la température sans augmenter la pression - en diminuant la pression sans diminuer la température 5. La remontée de l'asthénosphère entraîne une diminution de pression sans diminution de température (car elle se fait rapidement). 6. La fusion n'est pas totale car on n'atteint pas le liquidus. 7. Par rapport à la péridotite asthénosphérique: - la péridotite lithosphérique est enrichie en Mg et O et appauvrie en Si, Al, Fe et K - le basalte est appauvri en Mg et O et enrichi en Si, Al, Fe et K. On remarque que les éléments qui "manquent" dans la péridotite asthénosphérique se retrouvent dans le basalte (et inversement). 8. La péridotite lithosphérique est le "résidu" de la fusion partielle de la péridotite asthénosphérique: les gouttes fondues riches en Si, Al, Fe et K se rassemblent et forment le magma et il reste une péridotite enrichie en Mg et O.
