tp4 divergence et phenomenes lies: lithosphere oceanique

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.
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.
Refroidissement à la température de la pièce
Refroidissement dans l’eau glacée
Début de la cristallisation
Fin de la cristallisation
Fin de la cristallisation

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
80
160
240
0
0
1000
2000
solidus
liquidus
2500
7500
5000
température (°C)
Profondeur
(km)
Pression
(MPa)
Géotherme océanique
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.
Le géotherme océanique moyen est la
courbe indiquant la température des
roches de la lithosphère océanique en
fonction de leur profondeur.

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 entrecoupés de filons de basaltes
CROUTE
gabbros environ 1,5 km
Moho
MANTEAU péridotites
SUPERIEUR
structure et composition de la lithosphère océanique
Activité 2: origine des roches de la croûte océanique
1. Le gabbro est formé entièrement de
cristaux de taille équivalente, il a une
structure grenue.
Les cristaux qui composent le gabbro sont les
mêmes que les phénocristaux et les
microcristaux présents dans le 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
Refroidissement dans l’eau glacée
Début de la cristallisation
Fin de la cristallisation
Fin de la cristallisation
phénocristal
de pyroxène
phénocristal de
feldspath plagioclase

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.