Activité 1 : Les roches magmatiques des zones de subduction Mise en situation et recherche à mener En tant que géologue, vous avez échantillonné en surface d’une zone de subduction des roches magmatiques, que vous avez nommées roche A et roche B en attendant leur identification. Vous savez que les différences constatées entre les roches magmatiques récoltées au niveau d’une même zone de subduction peuvent s’expliquer par une origine magmatique différente et/ou par des conditions de refroidissement différentes. Vous cherchez à déterminer quelle(s) hypothèse(s) explique(nt) les différences entre les roches A et B que vous avez récoltées. Ressources Document : minéralogie et structure de 4 roches magmatiques récoltées dans une zone de subduction Composition Minéralogique Structure e Microlithique A l’œil nu : existence de gros cristaux visibles (phénocristaux) dans une pâte non cristallisée Au microscope : grands cristaux et petits cristaux (microlithes) visibles dans une pâte non cristallisée apparaissant noire en lumière polarisée analysée. Grenue Cristaux visibles à l’œil nu. L’ensemble de la roche est entièrement cristallisé Quartz Feldspaths (orthose avec ou sans plagioclases) Biotite RHYOLITE GRANITE Magma riche en silice (entre 65 et 75%) Feldspaths (Plagioclases) Pyroxène et/ou Amphiboles ANDESITE Roche volcanique formée en surface (refroidissement rapide) Roche plutonique DIORITE formée en profondeur (refroidissement lent) Conditions de formation Magma moyennement riche en Chimie du silice (entre 50 et 60 %) magma Matériel disponible : échantillons de deux roches A et B, lames minces des roches A et B, et microscope polarisant Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème Proposer une stratégie de résolution réaliste permettant d’expliquer la (ou les) cause(s) possibles des différences constatées entre les roches A et B. Répondre sur la fiche-réponse candidat puis appeler le professeur pour vérifier votre proposition et obtenir la suite du sujet. Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 1 Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Mettre en œuvre le protocole fourni ci -dessous pour la roche A, afin de déterminer sa structure et sa composition minéralogique. Appeler le professeur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Sous la forme de votre choix présenter et traiter les données brutes pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la résolution du problème. Répondre sur la fiche-réponse candidat. Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème Exploiter les résultats pour savoir expliquer les différences de structure et/ou de composition minéralogiques des roches A (résultats obtenus) et B (document ressource). Répondre sur la fiche-réponse candidat. Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel Protocole : Matériel : - échantillon non identifié et lame mince d’une roche A présente dans le tableau ressource - échantillon identifié d’une roche B présente dans le tableau ressource - une loupe à main - Observer à l’œil nu ou à la loupe à main la roche A. Observer au microscope polarisant la lame mince correspondant à la roche A pour identifier: o sa structure o deux minéraux largement représentés en utilisant la planche d’identification des minéraux - planche d’identification des minéraux. - microscope polarisant à platine tournante réglé au maximum d’extinction (un des deux filtres polarisants est escamotable) (Attention : il est rare d’observer des coupes de minéraux aussi parfaites que celles de la planche ; utiliser toutes les informations pour la recherche). Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 2 CORRECTION Etape 1 : Stratégie : Identification sur les échantillons de roches et sur les lames minces observées au microscope polarisant : - structure des roches → conditions de refroidissement du magma - composition minéralogique des roches→ composition chimique du magma Résultats attendus : Si structures différentes et même composition minéralogique → A et B issues de magma de même composition chimique mais refroidissement à des profondeurs différentes. Si compositions minéralogiques différentes et même structure → A et B issues d’un refroidissement à des profondeurs similaires à partir de deux magmas de composition chimique différentes Etape 2 Etape 3 roche caractérisiques structure Bien identifier la problématique. On attend la stratégie de résolution clairement expliquée (mais sans le protocole détaillé) et les résultats attendus permettant de répondre à la cantine. Bonne manipulation du microscope polarisant : lorsque polariseur et analyseur sont croisés (=à l’extinction) la pâte ou le verre reste noire quand on tourne la platine. Caractéristiques de la roche A (exemple avec roche A : rhyolite) Présentation au choix des résultats : ici, un tableau ou un schéma (plus difficile ici) avec un titre. Roche A A l’œil nu : existence de phénocristaux dans une pâte non cristallisée Au microscope polarisant : grands cristaux et petits cristaux (microlithes) visibles dans une pâte non cristallisée apparaissant noire en LPA → structure microlithique Composition Quartz, feldspaths (orthose), biotite minéralogique Etape 4 : De part sa structure microlithique et sa composition minéralogique (quartz, feldspaths (orthose), biotite) la roche A est une rhyolite. La roche A est une roche volcanique formée par un refroidissement rapide en surface et issue d’un magma riche en silice (entre 65 et 75%). Or la roche B, un granite, est une roche plutonique de structure grenue, formée par un refroidissement lent en profondeur, et issue également d’un magma riche en silice (entre 65 et 75%). Ainsi les roches A et B proviennent d’un magma présentant la même richesse en silice (entre 65 et 75%) mais la roche A, la rhyolite, s’est formée en surface tandis que la roche B, le granite, s’est formée en profondeur. Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 3 On attend un raisonnement rigoureux faisant appel à des connecteurs logiques : or, donc, car, ainsi …. Il est essentiel de vérifier que l’on répond bien à la problématique. Activité 2 : L’origine du magma à dans les zones de subduction D’où provient le magma qui est à l’origine des roches magmatiques observés dans les zones de subduction ? Stratégie de résolution Sur le terrain Estimation des conditions de pression et de température en profondeur dans la lithosphère (étude des ondes sismiques). Roche initiale Fusion partielle Conditions de pression et de température ? Au laboratoire reproduction des conditions de de pression et de température sur des roches : étude des magmas et des roches magmatiques formées. Magma Production : documents 1, 2 et 3 complétés et réponse à la problématique sous la forme de votre choix. Ressources : documents 1, 2 et 3 en page 4 et 5. Aide à la résolution Document 1 : déterminer si au niveau d’une zone de subduction, en absence d’eau, la fusion partielle des péridotites mantelliques de la plaque chevauchante est possible. Si oui, préciser dans quelles conditions de pression et de température. Document 2 : déterminer si au niveau d’une zone de subduction, en présence d’eau, la fusion partielle des péridotites mantelliques de la plaque chevauchante est possible. Si oui, dans préciser quelles conditions de pression et de température. Document 3 : montrer qu’au niveau d’une zone de subduction, les réactions métamorphiques au niveau de la croute océanique de la plaque plongeante contribuent à rendre possible la fusion partielle des péridotites mantelliques de la plaque chevauchante Activité 3 : la production de la croûte continentale au niveau des zones de subduction Comment le magma des zones de subduction permet-il la production de la croûte continentale ? A l’aide de l’exploitation des documents 2, 3 page 190 et 4, 5 et 6 page 191, dégager les grandes caractéristiques de la production de roches magmatiques actuelles puis celles de la formation de la croûte continentale dans l’histoire de la Terre. Bilan du chapitre A l’aide du document 1 page 190 et de la page 195, représenter sous forme d’un schéma-bilan le magmatisme au niveau d’une zone de subduction, vue en coupe (en 2 dimensions pas en 3). Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 4 Document 1 : état physique des péridotites du manteau en absence d’eau dans une zone de subduction et évolution de la température en fonction de la profondeur sous l’arc magmatique Document 2 : état physique des péridotites du manteau en présence d’eau dans une zone de subduction et évolution de la température en fonction de la profondeur sous l’arc magmatique Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 5 Document 3 : Diagramme pression-température et domaine de stabilité de quelques minéraux au niveau d’un fond océanique et d’une zone de subduction (doc 3 page 187 en couleur) Schistes verts Gabbro nouvellement formé au niveau de la dorsale Schistes bleus Eclogites Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 6 Chap 3 : le magmatisme des zones de subduction : la production de nouveaux matériaux. Activité 7