TS TP 1 Des caractéristiques du domaine continental

TS TP 1
Des caractéristiques du domaine continental
Donner à revoir avant les acquis : cours de révisions de 1S + Belin p. 140 et 141.
Acquis de 4ème
La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui
l’est moins.
Acquis de 1èreS :
La distribution bimodale des altitudes (continents/océans) ;
La différence d’altitude entre continents et océans révèle un contraste géologique : croute océanique
formée de basalte et gabbro, croute continentale constituée entre autres de granite.
La croute repose sur le manteau constitué de péridotite
Théorie de la tectonique des plaques montra des mouvements divergents (dorsales), décrochants (failles
transformantes) et convergents (zones de subduction)
Acquis de physique 1S :
Radioactivité naturelle et artificielle. Activité.
Lois de conservation dans les réactions nucléaires. Réactions de fission et de fusion.
Utiliser la représentation symbolique AZX ; définir l’isotopie et reconnaître des isotopes.
Connaissances
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.
La lithosphère est en équilibre (isostasie)
sur l'asthénosphère.
Capacités
Manipuler et expérimenter : modéliser
Réaliser et exploiter une modélisation
analogique pour comprendre la notion
d'isostasie.
Exprimer et exploiter des résultats
avec les TICE
Déterminer un âge en utilisant la méthode de
la droite isochrone
Attitudes
Comprendre le lien
entre phénomène
naturel et langage
mathématique.
Comprendre qu’un
effet peut avoir
plusieurs causes.
Recenser, extraire et organiser des
Informations.
Communiquer dans un langage
scientifiquement approprié : écrit,
numérique
Situation-problème
Au vidéoprojecteur : localisation des stations SODA (Sodankyla en Finlande, Laponie) et SANT (Santiago
du Chili) sur carte mondiale des stations GPS http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html +
enregistrements des mouvements de ces stations.
Géophysicien spécialisé dans l’étude de données GPS, vous mesurez habituellement des déplacements
horizontaux en latitude et longitude (Cf. 1S)
Pour les stations SANT et SODA, appartenant au domaine continental, vous avez aussi mesuré des
déplacements verticaux, avec élévation d’altitude. Vous avez comparé avec des stations françaises et
vous vous interrogez sur l’origine de ces mouvements verticaux, entrainant des variations de l’épaisseur
de la croute continentale.
Problème : comment expliquer les mouvements verticaux de la CC, en relation avec des variations
de l’épaisseur de la CC, observés en certains points du globe ?
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Vous émettez plusieurs hypothèses explicatives, que vous allez essayer de confirmer ou non.
Dialogue
- Quelles hypothèses explicatives pouvez-vous émettre ?
o SANT est la capitale du Chili avec à l’est, la cordillère des Andes, donc hypothèse : l’
d’altitude de SANT au cours du temps est en relation avec la formation de cette chaine de
montagnes,
o Conséquence = ? Cette d’altitude fait l’épaisseur de la croute continentale (CC)
o Altitude moyenne de la cordillère = ? 4000m mais culmine à 6962m
o Pourquoi y-a-t-il formation d’une chaine de montagnes ? il y a des mouvements horizontaux
en latitude et longitude, allant vers le NE (avec rupture dans les mesures : séisme
important qui a déplacé brutalement la station GPS)
o Nature de ces mouvements horizontaux ? Cf. 1S → divergence ? convergence ? entre
quelles plaques ? mouvements de convergence entre plaque océanique pacifique et plaque
continentale sud-américaine, d’où subduction et collision, ce qui entrainerait les
mouvements verticaux de la CC → à montrer
- Et pour SODA ? photo → il n’existe pas de montagnes très élevées en Finlande, donc ???
Au vidéoprojecteur : L'essentiel de la superficie de la Finlande repose sur un vieux socle archéen
(environ -2,5 Ga) composé de granites, granitoïdes (granodiorite) et gneiss.
Pendant la glaciation Würm, datée de -110000 ans à -12000 ans environ, il y a eu formation
d’inlandsis ou calotte polaire, glacier de très grande étendue. Installés progressivement sur les
régions continentales des hautes latitudes, ils ont pu atteindre une épaisseur maximale de l'ordre
de 3 km. La Scandinavie (Finlande, Suède et Norvège) était recouverte par cet inlandsis. Le
retrait de celui-ci à la fin de la dernière glaciation, a laissé un paysage caractéristique de collines
granitiques parsemé de milliers de lacs et étangs. La Finlande est un pays plat, avec un point
culminant à 1328m au NW de la Laponie.
-
→ Hypothèse pour expliquer les mouvements verticaux alors = ???
o Vidéo : il y a eu fonte des glaciers depuis environ 12000 ans → cela a-t-il une incidence sur
l’altitude ?
o Comment le vérifier ?
o Utilisation du matériel mis à votre disposition : proposer un protocole.
o Donner ensuite ce protocole
Autres caractéristiques de ces régions pouvant expliquer l’ d’altitude ?
o Nature des roches ? = ? continentales → = ? granite + gneiss + R. sédimentaires (Cf. 1S +
infos sur le vidéo pour la Finlande)
o Quelles en sont les caractéristiques ?
Structure ? grenue
Densité ? relation avec celle de la croute océanique ? du manteau ? 1S → La CC a
une densité + faible que celles de la CO et du manteau
Comment la mesurer ? protocole = ? Cf. 1S pour qu’ils le retrouvent
Rigides ? déformables ? cassantes ? oui → à montrer (TP2)
o Leur âge ? Cf. vidéo sur la Finlande : « vieux socle archéen (environ -2,5 Ga) » → comment
a-t-on pu mesurer un âge aussi important ? = ??? → avec la radiochronologie.
o Rappels brefs de 1S physique sur la décroissance de l’élément radioactif père et
croissance de formation de l’élément fils, puis donner la formule à appliquer pour trouver
l’âge t
Suite du scénario : Vous émettez plusieurs hypothèses explicatives, que vous allez essayer de confirmer
ou non, en relation avec l’histoire géologique de ces régions ou/et avec certaines caractéristiques de la
CC.
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Consigne
Afin de vérifier vos hypothèses, en relation avec l’histoire géologique de ces régions ou/et
avec certaines caractéristiques de la CC, vous utiliserez le matériel à votre disposition.
Vous réaliserez les expériences et observations nécessaires que vous exploiterez.
A l’aide de vos résultats et informations tirées des données disponibles, vous donnerez
quelques caractéristiques de la croute continentale: nature, âge, densité ainsi qu’une
explication possible des variations de son altitude et de ses mouvements verticaux. Votre
réponse sera présentée dans un tableau réalisé avec Word.
Durée : 1h10 maxi → mise en commun 30 minutes
-
Matériel et Documents :
Echantillons de granite, gneiss, micaschistes, calcaire….
Eprouvettes plastiques graduées de 500ml
Balance
Maquette de modélisation de l’isostasie : tige filetée, morceaux de bois (tasseaux coupés et
peints : Cf. Belin avec modèle Sciencéthic)
Protocole d’utilisation de la maquette
Ordinateurs avec Excel
Document : composition en Rb/Sr et 87Sr/86Sr de roches (granite ou id de Finlande)
Protocole d’utilisation d’Excel pour tracer la droite isochrone et trouver l’âge de la roche + Belin
p.148
Réponses attendues
- La CC est constituée de :
o Roches magmatiques comme le granite
o Roches métamorphiques comme le gneiss ou le micaschiste
o Roches sédimentaires comme le calcaire
- L’âge de la CC peut être très ancien : 2,5 Ga pour les granodiorites du socle finlandais
- La densité de la CC est plus faible que celles de la CO ou du manteau :
o 2,6 – 2.7 pour les roches magmatiques / métamorphiques
o 2,2 pour les roches sédimentaires comme le calcaire
- L’épaisseur de la CC dépend de la quantité de matériel qui la constitue : roches ou glaciers qui la
recouvrent.
o Si la quantité de matériel (formation des roches ou glaciation), l’épaisseur de CC : s’il y
a formation de montagne, il y a en profondeur formation d’une « racine crustale »
o Si la quantité de matériel (érosion ou fonte des glaciers), l’épaisseur de CC Composition de la CC
Age
Densité
Granite,
R. magmatique
Gneiss,
R. métamorphique
Calcaire,
R. sédimentaire
Important → + de 2,5Ga
2,45 – 2,7
id
2,5 – 2,65
0 → 600 Ma
2,2-2,3
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Mouvements verticaux et
épaisseur de CC
-remontée qd on retire du
matériel suite à érosion
ou dégel : épaisseur CC -abaissement qd on ajoute
matériel suite à formation
roche ou glaciation :
épaisseur CC Page 3
Bilan :
Des caractéristiques de la CC sont en relation avec sa nature de roches (granite et ses dérivés
métamorphiques ou sédimentaires) :
- Un âge pouvant être très ancien,
- Une faible densité → la lithosphère continentale « flotte » sur le manteau (asthénosphère)
- Des variations d’altitude, de reliefs en fonction de la quantité de matériel présent dessus et donc
de son épaisseur qui dépend de phénomènes géologiques : formation de nouveaux terrains, érosion,
glaciation, fonte des glaciers. Il y a donc plusieurs causes pour un même effet.
- Dans les chaines de montagnes, il y a épaississement de la CC en surface et en profondeur avec
formation d’une racine crustale.
- Ces variations d’épaisseur sont à l’origine de mouvements verticaux de la CC quand il n’y a plus
équilibre entre la lithosphère et l’asthénosphère. Les mouvements rétablissent cet équilibre, c’est
l’isostasie.
Exercices à la maison pour la semaine prochaine dans leur livre Belin :
- n°4 page 147
- page 150 et 151 Questions 1 et 2
Critères de réussite
Critères de réussite des capacité(s) et
attitude(s) évaluées
Indicateurs de réussite
A donner aux élèves au moment de l’évaluation
A donner aux élèves au moment de l’activité
→ Manipuler et expérimenter
- Utilisation maîtrisée des fonctionnalités du
Mettre en œuvre un protocole
-Le résultat obtenu est exploitable.
-Respect des consignes d’utilisation
- Le logiciel est rangé en fin de séance
→ Recenser, extraire et organiser des
informations
- Seules les informations utiles sont repérées
et sélectionnées.
- Toutes les informations attendues sont
données.
- Les informations sélectionnées sont reliées
pour répondre au problème posé.
→ Communiquer dans un langage
scientifiquement correct : écrit et
graphique
- Le vocabulaire scientifique est
correctement
utilisé.
- Le schéma est représentatif des
phénomènes étudiés.
-
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-La réponse est explicative et justifiée.
→Exprimer et exploiter des résultats en
utilisant les TICE : représenter des
données sous forme d’un graphe
- L’utilisation du tableur-grapheur est
maitrisée.
-
- La réponse est judicieusement
présentée et permet sa compréhension.
- La charte informatique est
respectée pour l’utilisation de l’ordinateur.
Attitudes
-Comprendre le lien entre phénomène naturel
et langage mathématique.
-Comprendre qu’un effet peut avoir plusieurs
causes
Aides
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• Apport de capacités
Protocole pour mesurer la densité des roches (ppw)
Fiche technique excel
• Aides de connaissances
La radioactivité est issue du manteau qui est à l’origine du magma formant les roches
magmatiques. On la retrouve donc dans les minéraux des roches magmatiques.
Les minéraux du granite sont : quartz, feldspath orthose et plagioclases, mica blanc ou muscovite
et mica noir ou biotite.
La radioactivité contenue dans une roche diminue au cours du temps, les éléments radioactifs
père se transformant en éléments fils stables.
-
-
• Aide à la démarche de résolution
Modélisation de l’isostasie :
o Comparaison des niveaux d’eau dans l’éprouvette quand on ajoute ou retire des éléments
o Observer les niveaux émergés et immergés
o Voir la variation de la partie immergée pour arriver à la notion de racine crustale.
Distinguer altitude / relief de l’épaisseur totale de la croute.
Recenser les cas où l’épaisseur totale de la CC ou Quelles sont les densités de la LO et du manteau, vues en 1S ?
Quel est l’âge de la LO ? Cf. 1S → <200 Ma
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