1er partie (a 10h) - site mirroir tgrohando.free.fr

Problème : comment une zone de subduction produit-elle de
nouveaux matériaux ?
Chapitre 3
Le magmatisme en zone de subduction : une production de
nouveaux matériaux continentaux
TS-tp-p1B-30-magmatisme
illu_TS_p1B_chap3
I Le volcanisme
Activité 1 p. 172
1. Les coupes doivent comporter les noms des plaques, les
mouvements relatifs au-dessus de l’asthénosphère, la position
des arcs volcaniques disposés sur les plaques chevauchantes,
parallèlement aux fosses océaniques qui les bordent (fig 1 p. 181).
2. Les éruptions violentes du Mont Saint-Helens en 1980 ou de la
Soufrière de Montserrat en 1997 s’accompagnent d’émission de
gaz, de cendres et de laves visqueuses.
La forte viscosité de la lave bloque le dégazage progressif du
magma au cours de sa remontée si bien que, parvenus en surface,
les gaz piégés dans la lave se détendent violemment, ce qui
provoque l’explosion du volcan. La viscosité et la présence de gaz
peuvent donc expliquer le caractère explosif.
Activité 2 p. 174
1. Les basaltes andésitiques et les rhyolites affleurent
minoritairement, les andésites représentent la roche volcanique la
plus fréquemment présente à l’affleurement après les projections
diverses issues des nuées ardentes.
Ces trois roches volcaniques diffèrent par leur teneur en
plagioclases, en pyroxènes et amphiboles. Les basaltes sont plus
riches en pyroxènes, plus pauvres en plagioclases que les
andésites qui présentent en revanche des minéraux hydroxylés
sous forme d’amphiboles et une grande proportion de
plagioclases. Les rhyolites présentent quant à elles des
compositions minéralogiques encore plus riches en feldspaths
que les andésites, plus pauvres en minéraux ferro-magnésiens
(absence de pyroxènes), mais présentent comme les andésites
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des minéraux hydroxylés (amphiboles et biotite) ; elles peuvent
contenir également du quartz ce qui matérialise leur teneur plus
élevée en silicium.
2. À l’œil nu, l’andésite apparaît grise, moins sombre qu’un
basalte ; elle présente aussi un aspect bulleux qui témoigne de la
présence de gaz dans la lave au moment de son refroidissement.
L’examen microscopique révèle que l’andésite est, comme un
basalte, une roche microlitique caractérisée par la présence de
feldspaths plagioclases et de minéraux ferro-magnésiens. Les
minéraux ferro-magnésiens dans un basalte sont des pyroxènes et
des olivines, alors que ce sont surtout des pyroxènes et des
amphiboles dans une andésite.
L’andésite est plus riche en silicium qu’un basalte et elle montre
également la présence d’hydrogène absent de la composition du
basalte.
3. La présence d’hydrogène et d'oxygène, dans la composition de
l’andésite est susceptible de rendre compte de la présence de
minéraux hydroxylés dans sa composition minéralogique.
4. La présence de minéraux hydroxylés dans les andésites montre
que les magmas qui sont à l’origine de ces roches contiennent de
l’eau.
Ceci peut expliquer l’abondance des gaz (parmi lesquels de la
vapeur d’eau) libérés au cours des éruptions volcaniques dans
ces secteurs, et par conséquent la violence des éruptions compte
tenu de la viscosité des laves et de la difficulté à évacuer cette
quantité importante de gaz au cours leur remontée vers la surface.
II La formation de magma
Activité 3 p. 176
1. Pour les zones de subduction figurées sur le doc, le sommet de
la lithosphère subduite se trouve entre 90 et 140 km de profondeur
à l’aplomb de l’arc volcanique présent sur la plaque chevauchante.
Rem : la distance entre la fosse et l’arc volcanique est variable
d’une subduction à l’autre : cette distance est d’autant plus faible
que la lithosphère subduite est fortement inclinée.
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2. Le géotherme continental qui traduit l’évolution de la
température en fonction de la profondeur dans la lithosphère
continentale montre qu’habituellement entre 80 et plus de 100 km
de profondeur, les conditions de pression et de température qui
règnent dans le coin de manteau situé entre le panneau subduit et
la croûte qui porte l’arc volcanique ne permettent pas d’y
envisager une fusion partielle pour des péridotites anhydres.
Rem : La tomographie sismique montre qu’il existe un peu partout
dans le manteau des écarts des vitesses de propagation des
ondes par rapport aux vitesses prévues dans le modèle PREM ;
zones plus chaudes ou plus froides.
Les ondes sismiques qui se propagent dans le manteau à une
même profondeur ont une vitesse variable selon les endroits
indiquant une hétérogénéité physique.
3. Si la fusion partielle de péridotites anhydres semble impossible
à l’aplomb d’un arc volcanique de subduction, en revanche elle
devient possible si les péridotites sont hydratées.
Les données du doc 2 montrent que les roches de la croûte
océanique s’engageant dans la subduction sont hydratées du fait
des transformations hydrothermales qui les ont affectées près des
dorsales.
Au cours de leur enfouissement dans le manteau, ces roches
subissent des variations de pression et de température et se
transforment. Entre 40 et 60 km de profondeur, elles se
transforment d’abord en schistes bleus puis en éclogites ; ces
réactions s’accompagnent d’une libération d’eau qui peut
s’infiltrer dans le manteau de la plaque chevauchante.
Cependant ces profondeurs ne correspondent pas avec la
profondeur de la plaque subduite à l’aplomb de l’arc volcanique, et
les températures qui règnent dans le manteau chevauchant à ces
profondeurs (< 1 000°C) ne permettent toujours pas d’envisager un
début de fusion partielle compte tenu du "solidus hydraté" doc 1b.
Si on suppose une remontée des magmas à la verticale de leur lieu
de formation, un scénario probable est que ce manteau hydraté
puisse être entraîné en profondeur sur plusieurs dizaines de
kilomètres avant d’entamer sa fusion partielle vers 100 km, à
l’aplomb de l’arc volcanique.
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4. Les résultats de la modélisation numérique menée en utilisant le
logiciel "Magma" montrent que la température minimale à laquelle
débute la cristallisation d’un magma andésitique diminue lorsque
sa teneur en eau augmente. Or sa température de début de
cristallisation est aussi la température à laquelle débute la fusion
partielle de la roche si on se place dans une démarche
expérimentale de fusion ; autrement dit, la température de début
de fusion partielle d’une roche diminue lorsque sa teneur en eau
augmente : l’eau apparaît bien comme un fondant, c'est-à-dire un
composé abaissant la température de début de fusion partielle de
cette roche, et la facilitant donc.
Activité 4 p. 178
1. Andésites et granodiorites ont des compositions chimiques
similaires de sorte qu’elles peuvent être considérées comme les
produits du refroidissement et de la cristallisation d’un même type
de magma.
Les andésites ont une structure microlitique (hémicristalline) en
rapport avec un refroidissement rapide en surface, tandis que les
granodiorites ont une structure grenue (holocristalline)
témoignant d’une cristallisation totale associée à un
refroidissement lent en profondeur.
2. Les granodiorites ont des caractères communs avec les
granites : structure grenue et compositions minéralogiques
voisines (quartz, feldspaths et micas) ; ceci justifie leur appellation
de granitoïdes.
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3. Les granodiorites y affleurent surtout dans le batholite côtier et
dans la cordillère occidentale.
4. L’affleurement de granodiorite dans la chaîne andine soulève le
problème de la mise à l’affleurement de roches plutoniques
formées en profondeur ; deux hypothèses peuvent être proposées
pour expliquer cette position a priori anormale :
l’érosion des terrains sus-jacents ;
une extension de la croûte qui peut parfois dénuder à l’occasion
du jeu de failles normales des roches profondes.
5. Schéma p. 183.
Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves
souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont
fréquemment explosives.
La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite
libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce
qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau susjacent.
Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus
grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à
structure grenue de type granitoïde.
Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de
nouveau matériau continental.
Mots clés : accrétion continentale, fusion partielle, solidus,
liquidus, granite, granodiorite, volcanisme, andésite, la tectonique
des plaques.
Lire p. 180 à 183.
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Problème : quel est le devenir d'une chaîne de montagnes ?
Chapitre 4
La disparition des reliefs
TS-tp-p1B-40-erosion
illu_TS_p1B_chap4
I Les montagnes, un système dynamique
Activité 1 p.192
1. Profil topographique en travers le Massif Central et les Alpes.
2. 3. 4.
relief
Moho et croûte c.
Roches à l'affleurement
Massif Central
moins élevé
25 à 30 km
roches sédi I
+ âgées
Alpes
plus élevé
50 à 60 km
roches sédi II
- âgées
5. Ccl les chaînes de montagnes anciennes ont un relief moins
élevé, une croûte continentale moins épaisse et on y observe à
l’affleurement une plus forte proportion de roches
métamorphiques et granitiques (+ âgées) (inverse pour les
récentes).
Activité 2 p.194
1. L’eau de pluie s’infiltre et circule dans les
diaclases du massif granitique. Sous l’action
gel et du dégel, la roche éclate, des pans
entiers de granite se détachent laissant en
place des formes anguleuses et des sommets
pointus, appelés "aiguilles".
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du
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2. Si on compare la composition de l’eau de pluie avec celle de
l’eau ayant circulé dans les calcaires on constate un
enrichissement en ions Ca2+ (de 1,4 à 65 mg.L-1) et en ions HCO3(199 mg.L-1).
L’eau de pluie riche en dioxyde de carbone circulant dans un
massif calcaire va dissoudre les carbonates, avant de rejoindre la
rivière.
L’équation bilan confirme ces résultats.
3. Un granite est composé de quartz, de feldspath et de mica.
Dans l’arène granitique, on retrouve des grains de quartz,
quasiment inaltérables, des feldspaths altérés et de l’argile.
4. L’argile provient des micas qui ont disparu et des feldspaths
altérés.
Il y a altération mécanique et chimique des roches.
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Activité 3 p. 196
1.
Masse des particules en fonction de la classe granulométrique.
Pourcentage cumulé en fonction des mailles du tamis.
2. Plus la taille des particules est fine et plus les particules seront
transportées loin de leur lieu d’érosion.
3. Les coraux se développent dans une zone située entre les
latitudes de 30° N et 30° S.
4. Les coraux vivent en symbiose avec des algues
chlorophylliennes. Celles-ci pour leur photosynthèse ont besoin
de lumière, l’eau doit donc être peu profonde et limpide.
5. La réaction chimique permettant la précipitation du calcaire est
dépendante de l’action des êtres vivants, d’où l’expression
"sédimentation biochimique".
Il y a érosion, transport et sédimentation des particules.
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Activité 4 p.198
1. Dans les zones briançonnaise et piémontaise presque toutes les
failles sont normales, caractéristiques de mouvements
d’extension.
2. Les stations MTCO et CHPO ont des vecteurs vitesse opposées
indiquant une extension.
3. Lorsque les mouvements de convergence et la poussée
d’Archimède deviennent insuffisants, les reliefs s’effondrent
(isostasie). En surface, on observe alors des failles normales
caractéristiques des mouvements d’extension.
La phase de compression est terminée, il y a des réajustements en
fonction de l'isostasie et de l'érosion.
II Le recyclage de la croûte
Activité 5 p. 200
Aide à la résolution de la tâche complexe.
1. (Doc 1) Établissez une relation entre les caractéristiques de ce sommet de l’Himalaya, les facteurs
climatiques et l’érosion.
2. (Doc 2) Expliquez la formation des cipolins. Comment se sont-ils retrouvés en altitude ?
3. (Doc 3) Montrez que la rivière joue un rôle important dans le recyclage de la croûte continentale.
4. (Doc 4) Indiquez l’épaisseur des sédiments déposés dans le golfe du Bengale. Quelle en est l’origine ?
5. Établissez un schéma bilan sur le recyclage de la croûte continentale.
Les chaînes érodées actuellement donnent des sédiments de
marges passives actuelles…
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L’Everest (doc 1) est un des principaux sommets de l’Himalaya
(une chaîne de montagnes récente aux formes anguleuses). Ce
sommet est soumis à l’érosion. L’action du gel et du dégel dans
les diaclases font exploser la roche.
Les produits du démantèlement sont transportés sous forme de
particules détritiques en suspension et d’ions dissous, par les
glaciers et les eaux de ruissellement (rivière Kali Gandaki, doc 3).
Les fleuves Himalayens transportent les matériaux arrachés aux
sommets jusque dans le golfe du Bengale où ils se déposent et
forment une épaisse couche de sédiments pouvant atteindre
14 000 m (doc 4). Ces sédiments vont se transformer en roches
sédimentaires pouvant être métamorphisées comme les cipolins
qu’on peut observer dans le haut Himalaya, puis portés à
l’affleurement lors de la collision de l’Inde avec l’Asie (doc 2).
Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés
que les plus récentes. On y observe à l'affleurement une plus forte
proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur.
Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.
Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs.
Les produits de démantèlement sont transportés sous forme
solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus
ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation).
Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des
reliefs. L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance
du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale.
Mots clés : altération, érosion, transport, sédiment, sédimentation,
recyclage des matériaux de la lithosphère.
Lire p. 202 à 205.
Schéma de synthèse
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L'idée du cours
La tectonique des plaques est l'étude de la formation, de
l'évolution et de la disparition des plaques lithosphériques.
Le domaine océanique est étudié en 1S
Le domaine continental est étudié en TS (subduction, collision).
Caractéristiques de la lithosphère continentale :
- morphologiques (relief, érosion, densité, âge)
- minéralogiques (minéraux, roches)
- pétrographiques (métamorphisme, fusion partielle, magmatisme).
- tectoniques (plis, failles, nappes)
- déplacements
- gradient géothermique.
La notion de cycle et de recyclage de la lithosphère.
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