Contrôle de Géosciences n°2

Contrôle de Géosciences n°2
Décembre 2016, durée 1h45, tous documents interdits, smartphones interdits, calculatrice autorisée. Une grande
importance sera attachée à la qualité de la rédaction : Des réponses concises (brèves et précises) sont attendues.
N'hésitez pas à dessiner. Attention aux unités !
1
Questions de cours (8pts)
Figure 1: Déplacement de l'Inde en fonction du temps
(•80 : âge en Ma)
2
1. Donnez la dénition complète d'un minéral, d'une
roche et du métamorphisme.
2. Donnez les modes de transfert de chaleur et leurs
caractéristiques prenez comme exemples les enveloppes terrestres de votre choix
3. Qu'est-ce qui génére les vents sur terre ? Quel est
l'eet de la force de Coriolis ? Comment circulent
les vents autour d'une dépression dans l'hémisphère
nord ? Comment et où se forment principalement les
eaux profondes ?
4. Dans la gure 1(a) ci-dessus est présenté le déplacement de l'Inde en fonction du temps.
(a) En faisant l'hypothèse que ce déplacement se
fait à longitude constante, calculer la distance
parcourue par l'Inde entre 80 Ma et 40 Ma,
et entre 40 Ma et aujourd'hui. (indication :
longueur d'arc de cercle de rayon R = 6400 km).
(b) Calculez la vitesse de déplacement de l'inde
pour ces deux périodes (en cm/an). Que
remarquez-vous ? Expliquez ce phénomène.
Éléments chimiques (6pts)
On donne ci-dessous les résultats de mesures eectuées sur un feldspath à l'aide d'une microsonde électronique. Les
feldspaths ont une composition chimique variable entre trois pôles : le pôle potassique (orthose) K[Si3 AlO8 ], le pôle
sodique (albite) Na[Si3 AlO8 ], et le pôle calcique (anorthite) Ca[Si2 Al2 O8 ].
molaire Nombre de
Nombre de
Nombres de
Proportion
Oxyde Poids (en g) Masse
(g/mol)
moles d'oxyde moles de cations moles d'oxygène cation/oxygènes
SiO2
65.10
Al2 O3
17.24
CaO
0.60
K2 O
13.54
Na2 0
0.79
Somme
On donne la masse molaire des éléments chimiques considérés : Si : 28 g/mol ; Al : 27 g/mol ; Ca : 40 g/mol ; K : 39
g/mol ; Na : 23 g/mol ; O : 16 g/mol.
1
1. Déterminez à l'aide du tableau la formule structurale de ce minéral.
2. Vériez que la formule structurale que vous avez obtenue est neutre électriquement.
3. De quel type de feldspath s'agit-il ?
3
Gradient géothermique dans un prisme d'accrétion (7pts)
P (kbar)
15
0
rtz
e+
qua
200
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5
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10
400
600
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q
e+
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+ qua
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da mn
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us
ite
800
1000
1200
T(°C)
Figure 2: À gauche : Diagramme de stabilité minéralogique. À droite : Contexte dynamique du prisme d'accrétion
Le massif du Queyras, dans les Alpes, est formé de sédiments métamorphisés, appelés schistes lustrés, dans lesquels
sont englobés des fragments de lithosphère océanique (serpentinites et gabbros). Il s'agit de sédiments océaniques et
de fragments de lithosphère océanique qui ont été partiellement subductés dans un prisme d'accrétion au début de la
formation des Alpes, avant d'être ensuite exhumés à la surface. Ces roches ont été portées à des conditions de hautes
pressions, et ont par conséquent été métamorphisées.
1. Les gabbros englobés dans les schistes lustrés peuvent être utilisés pour contraindre les conditions de pression et
de température auxquelles les schistes lustrés ont été portés. Une partie de ces gabbros a une paragénèse : albite
+ jadéite + lawsonite + quartz + glaucophane. On a pu déterminer de manière indépendante que ces roches ont
atteint des températures de 400C. En utilisant le diagramme PT donné ci-dessous, en déduire une estimation
des conditions de pression auxquelles ont été soumis ces gabbros. (Note : le domaine de stabilité du glaucophane
n'est pas indiqué.)
2. Estimez la profondeur maximale atteinte par les gabbros, sachant que pression et profondeur sont liés par la
relation P = ρgz avec P en Pascal (Pa) et z en mètre. On prendra ρ = 2700 kg·m−3 , g = 10 m·s−2 , et on rappelle
que 1 bar = 105 Pa.
3. En déduire une estimation du gradient géothermique (variation de température avec la profondeur) dT
dz dans le
prisme d'accrétion, en °C/km. Comparez votre estimation au gradient thermique moyen dans la croûte continentale, qui est typiquement autour de 30 °C/km.
4. Au fur et à mesure que les schistes lustrés ont été emportés en profondeur par la subduction, ceux-ci ont pu être
chaués par conduction thermique par les roches environnantes, plus chaudes. Le temps nécessaire pour chauer
par conduction thermique une couche d'épaisseur H est donné par le temps caractéristique τ = H 2 /κ (en seconde),
où H est en mètres, et où κ est la diusivité thermique de la roche, en m2 · s−1 .
(a) En supposant une épaisseur H = 20 km et κ = 10−6 m2 · s−1 , estimez le temps nécessaire pour chauer les
sédiments subductés. Vous donnerez ce temps en millions d'années.
(b) Quel est l'ordre de grandeur de la vitesse des plaques tectoniques ? (1pt)
(c) En supposant une vitesse d'enfouissement similaire à la vitesse typique des plaques tectoniques, combien de
temps faut-il pour subducter un sédiment jusqu'à la profondeur maximale atteinte par les schistes lustrés
? Est-ce cohérent avec votre estimation du gradient géothermique dans le prisme d'accrétion et du temps
caractéristique de chauage par conduction ?
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