LITHOSPHÈRES ET ASTHÉNOSPHÈRE

Constat n°1
L’ensemble formé de la croûte et de la partie supérieure du
manteau supérieur (jusqu’à environ 100 km de profondeur
environ) constitue la lithosphère. Elle a un comportement
rigide qui se distingue du comportement plus ductile de
l’asthénosphère. La nature de la croûte (composition
pétrographique) permet de distinguer la lithosphère
océanique de la lithosphère continentale.
La lithosphère est découpée en plaques lithosphériques qui
se déplacent (tectonique des plaques) sur l’asthénosphère :
la lithosphère « flotte » sur l’asthénosphère.
Problème n°1 : Comment expliquer que la lithosphère soit en
équilibre sur l’asthénosphère ?
Hypothèse … La densité des roches de la lithosphère est
inférieure à la densité des roches de
l’asthénosphère.
Géologie
TP3 : LA LITHOSPHÈRE (CONTINENTALE) : UNE
ENVELOPPE EN ÉQUILIBRE SUR
L’ASTHÉNOSPHÈRE
LITHOSPHÈRES ET ASTHÉNOSPHÈRE : DES ENVELOPPES DE DENSITÉS
DIFFÉRENTES
Proposer une stratégie de résolution réaliste permettant de tester
l’hypothèse proposée.
Stratégie : Montrer que la densité des roches de la lithosphère
est inférieure à celle de l’asthénosphère c’est
APPROCHER la densité des roches qui constituent la
lithosphère et l’asthénosphère et les COMPARER.
On peut APPROCHER la densité des roches qui
constituent la lithosphère et l’asthénosphère EN
MESURANT la masse volumique de ces roches.
Technique :Pour MESURER la masse volumique d’une roche il
faut mesurer sa masse (balance) et mesurer son
volume (éprouvette graduée + eau).
Roches concernées :
•CC : granite et gneiss
•CO : basalte et gabbro
•Manteau lithos. et asthénos. : péridotite
Proposition d’un protocole :
•Nécessité d’établir une liste de matériel :
 Les différentes roches à tester :
•Celles de la CC = granite + gneiss
•Celles de la CO = basalte + gabbro
•Celles du manteau = péridotite
 Le matériel pour réaliser l’expérience :
•Celui pour mesurer la masse des échantillons = balance
•Celui pour mesurer le volume des échantillons = éprouvette +
eau + ficelle (récupération échantillon)
•Nécessité d’expliquer les étapes du protocole :
 Pour la mesure de la masse = peser chaque échantillon (en g)
 Pour la mesure du volume = relever la variation du volume
d’eau après immersion de l’échantillon (en mL)
 Pour le calcul de la masse volumique = m/V (en g.mL-1) 
densité (sans unité ; référence : eau = 1)
Conséquences Vérifiables :
Si la masse volumique des roches de la CC et de la CO est
inférieure à la masse volumique des roches de
l’asthénosphère (péridotite) alors l’hypothèse sera validée.
Mettre en œuvre cette stratégie, communiquer les
résultats et exploiter les résultats pour répondre au
problème.
Roches
De la CC
De la CO
Du manteau
Granite
Gneiss
Basalte
Gabbro
Péridotite
Masse (g)
Volume (mL)
Masse volumique (g.mL-1)
Densité roche
A partir des résultats du document 1, vérifiez vos résultats et
concluez quant à la validité de l’hypothèse.
Document 1 : Tableau des densités des roches crustales et mantelliques
Roches
De la CC
De la CO
Du manteau
Densité roche
Granite
2,4 à 2,8
Gneiss
2,7 à 2,8
Basalte
2,7 à 3,2
Gabbro
2,9 à 3,2
Péridotite
3,2 à 3,4
On observe :
Densité manteau > densité CO > densité CC
 Densité asthénosphère > densité lithosphère
La lithosphère repose sur l’asthénosphère en équilibre du
fait d’une densité moindre : L’hypothèse est validée.
BILAN :
La croûte continentale est d’une épaisseur plus
grande mais d’une densité plus faible que la croûte
océanique : elle reste donc en surface.
La
lithosphère
l’asthénosphère.
est
en
équilibre
sur
Constat n°2
Observations :
En
domaine
continental,
la
profondeur du Moho varie entre 24
km (au niveau d’un rift continental)
et 58 km (au niveau d’une chaîne de
montagnes) de profondeur
En domaine océanique, elle se situe
aux alentours de 14 km
Acquis :
Problème n°2 : Comment
expliquer les variations de
profondeur du Moho ?
L’augmentation de la profondeur du Moho entre domaines continental et
océanique s’explique par une augmentation de l’épaisseur de la CC par
rapport à la CO
Hypothèse … La CC a une épaisseur variable en fonction du
contexte
géodynamique
expliquant
les
variations de profondeur du Moho
Si c’est l’épaisseur variable des croûtes en fonction du
contexte géodynamique qui est à l’origine des variations de
profondeur du MOHO alors …
…il y a un mécanisme qui explique les variations de la
profondeur du MOHO au sein d’une même CC.
Quel est ce mécanisme ?
On sait que la LC, quelle que soit son épaisseur, flotte sur
l’asthénosphère car moins dense.
Donc quelle conséquence sur la masse de la CC si existence d’un relief ?
CC
ML
L’excès de masse au niveau des reliefs
implique une augmentation relative de la
densité de la colonne de roche (même
densité des roches mais volume augmente)
 Excès de masse  Densité CC devient >
densité manteau, d’où un enfoncement de la
colonne de roches.
 Il y a bien augmentation de l’épaisseur de la CC mais pas de
reliefs ‼!!
Il faut donc un mécanisme qui permet de compenser cet excès
de masse en surface tout en gardant un relief.
Le document 2 propose deux mécanismes possibles
John Henry Pratt
(1809-1871)
George Biddell Airy
(1801-1892)
1. A partir du document 2 à votre disposition, retrouvez les informations
permettant de compléter le document 3.
Hypothèse de Airy
Surface de compensation
Hypothèse de Pratt
Au sein du manteau
(Asthénosphère)
Densité des roches
Variable verticalement au
sein d’une colonne de roches
Relation entre relief et
densité
La densité étant la même pour
toutes les colonnes latéralement, l’excès de masse créé
par le relief est compensé en
profondeur par un déficit de
masse sous forme d’une racine
crustale (roches de faible
densité - de la CC - au lieu de
roches de forte densité - du
manteau)
Domaine d’application du
modèle de compensation
Domaine continental
Variable latéralement
La densité étant variable latéralement, la densité des
roches est inversement proportionnelle au relief : les
roches de faible densité sont
localisées au niveau des zones
où la croûte est la plus épaisse
Domaine océanique
2. Dans le logiciel AIRY, appliquez, dans la même fenêtre, les conditions
retrouvées au niveau d’un rift continental et d’une chaîne de montagnes et
schématisez le résultat obtenu.
Racine
crustale
3. Mettez alors en relation les variations de la profondeur du Moho avec
l’existence de mouvements verticaux de la lithosphère.
Au niveau d’une chaîne de montagnes, la croûte continentale
est épaissie :
-En surface par l’existence d’un relief
-En profondeur par l’existence d’une racine crustale
caractérisée par un abaissement du Moho
Pour chaque colonne de roches, la densité est la même
latéralement :
 l’excès de masse représenté en surface par l’accumulation
de roches crustales (de faible densité) se compense en
profondeur par un déficit de masse représenté par le
« remplacement » de roches de forte densité (manteau) par
des roches de faible densité (croûte).
 Cela traduit un enfoncement de la croûte dans le
manteau : c’est un mouvement vertical descendant.
Au niveau d’un rift continental, la croûte continentale est
amincie :
-En surface par l’existence d’un fossé d’effondrement
-En
profondeur
par
l’existence
d’une
anti-racine
caractérisée par une remontée du Moho
Pour chaque colonne de roches, la densité est la même
latéralement :
 le déficit de masse représenté en surface par l’absence
de roches crustales (de faible densité) se compense en
profondeur par un excès de masse représenté par le
« remplacement » de roches de faible densité (croûte) par
des roches de forte densité (manteau).
 Cela traduit une remontée du manteau dans la croûte :
c’est un mouvement vertical ascendant.
BILAN :
L’équilibre de la lithosphère sur l’asthénosphère
est maintenu grâce à des mouvements verticaux
traduisant un phénomène d’isostasie.
Au relief positif qu’est la chaîne de montagnes,
répond, en profondeur, une importante racine
crustale.