Leçon 11 EXERCICES 11.1 ANALYSER LES PROBLEMES GEOLOGIQUES A GRANDE ECHELLE 11.1.1a QUELLE EST LA GEOMETRIE DES TRANSFORMANTES? Géométrie eulérienne Rappel leçon 8 • The relative velocity, ν, of a certain point on the earth surface is a function of the angular velocity, ω , according to: • R: earth radius ; • θ: angular distance between the pole of rotation and point in question. Quelles sont les conséquences de cette formule pour des transformantes décalant par rotation antihoraire deux plaques A et B séparées par: 1) une ride médio-océanique (B tourne) ; 2) une zone de subduction (A tourne), à différentes distances du pôle de rotation? Faire un schéma est indispensable. 11.1.2a LA DETECTION DES SEISMES Parmi les 9 stations géophysiques (continentales et océaniques), quelles sont celles qui, identifiées ici par une lettre (de A à I), n’enregistreront en aucun cas l’évènement? Et pourquoi? 11.1.3a QUELLES FORCES S’EXERCENT-ELLES SUR UNE PLAQUE OCEANIQUE EN MOUVEMENT? Ce schéma est simpliste car il ne considère que la poussée au niveau des rides et la traction gravitaire dans les zones de subduction. Il ne tient pas compte des résistances, de la poussée des plaques continentales … Complètez ce schéma en indiquant les forces par des flèches. 11.2 ANALYSER UN PROBLEME GEOLOGIQUE A PETITE ECHELLE 11.2.1a RECONSTITUER L’HISTOIRE DES EVENEMENTS Cet affleurement traversé par un dyke de basalte a enregistré une histoire sédimentaire, tectonique et magmatique. Il faut la reconstituer. 11.3 LIRE UNE EQUATION OU UNE COURBE 11.3.1a LE GRADIENT THERMIQUE DE LA CROÛTE CONTINENTALE De l’équation de transfert de chaleur on extrait la relation température – profondeur non dépendante du temps suivante: z: profondeur (m) T(z): température à la profondeur z (K) Ts : température de surface (K) qs : flux de chaleur à la surface (W m-2) ρ: densité (g cm-3) H: production de chaleur à la surface (W kg-1) κ : conductivité thermique (W m-1 K-1) 1 – Vérifier l’homogénéité de l’équation 2 – Quelle est le type de courbe représentant cette fonction? 11.3.2a L’EFFET DU GRADIENT THERMIQUE DANS LA CROÛTE CONTINENTALE Les roches crustales (granitiques) fondent vers 700°C. Quelles sont les conséquences du gradient géothermique plus élevé dans les zones volcaniques? 11.4 LIRE UN DIAGRAMME DE PHASES 11.4.1a CRISTALLISATION D’UN MAGMA BASALTIQUE A BASSE PRESSION A l’aide du diagramme de phases anorthite (An) – diopside (Di) – forstérite (Fo), expliquez la cristallisation des basaltes à partir d’un magma de composition X. X 11.4.2a LE RÔLE DE L’EAU DANS LA FUSION DES SILICATES Pourquoi la température de fusion du plagioclase à une profondeur de 6 kilomètres peutelle se produire vers 800 °C ou au-delà de 1700 °C suivant qu’il y ait de l’eau ou pas dans le système? A B 11.4.3a MANTEAU: FUSION ET TRANSFORMATIONS A L’ETAT SOLIDE x transition 1 – Quels sont les minéraux le plus et le moins abondants dans la lherzolite x - diagramme 1? 2 - Le gradient géothermique tracé sur le diagramme 2 conduit-il à la fusion du manteau? Que faudrait-il pour que la fusion se déclenche? 3 - Quel est l’effet de la température sur les transitions de phases? transition 11.4.4a POURQUOI LE MANTEAU A-T-IL UNE COMPOSITION DE LHERZOLITE ? La fusion partielle du manteau produit du basalte et un résidu solide qui est donc appauvri de certains minéraux. La composition du basalte et du résidu varie avec le taux de fusion. En déduire la composition du manteau. 11.5 LIRE UNE ROCHE 11.5.1a CRISTALLISATION D’UN MAGMA BASALTIQUE Ces 3 roches ont la même composition chimique à peu de choses près. Leurs microstructures sont très différentes. Expliquez pourquoi? 11.5.2a CRISTALLISATION D’UNE LAVE DACITIQUE quartz + pyroxène amphibole amphibole After McCanta et al., (2007) Expliquez la couronne de réaction entourant le phénocristal d’amphibole. 11.6 CALCULER UNE GRANDEUR GEOLOGIQUE 11.6.1a LA VITESSE DE L’EXPANSION OCEANIQUE DANS L’ATLANTIQUE SUD Quelle est la vitesse de l’expansion océanique au niveau de Montevideo-Cape Town? 11.7 MAITRISER LA FORMULE STRUCTURALE DES SILICATES 11.7.1a LA FORMULE STRUCTURALE DES PYROXENES Inosilicates Single Chains (Pyroxenes) O2- Si4+ Déduire de ce schéma de la structure des pyroxènes quelle est leur formule structurale 11.7.2a LA FORMULE STRUCTURALE DES TECTOSILICATES feldspaths quartz Tectosilicates - Three-Dimensional Networks Déduire la formule structurale des feldspaths à partir de celle du quartz. 11.8 COMPRENDRE LES COORDINENCES 11.8.1a INTRODUCTION AUX REGLES DE PAULING – le problème La discontinuité à 660 km est liée à la transition de phase ringwoodite → perovskite c’est à dire au changement de coordinence du cation Si4+ qui passe de 4 (tétraèdre) à 6 (octaèdre). Quelles relations doivent avoir les rayons des anions (Ra) et du cation (Rc) pour que celui-ci soit entouré de 4 ou de 6 anions? anions cation Si4+ O2- anions O2- cation Si4+ 11.9 DECOUVRIR LES ERREURS 11.9.1a LE GRADIENT GEOTHERMIQUE LITHOSPHERE OCEANIQUE-ASTHENOSPHERE Trouver l’erreur Diagrammatic cross-section through the upper 200-300 km of the Earth showing geothermal gradients reflecting more efficient adiabatic (constant heat content) convection of heat in the mobile asthenosphere (steeper gradient in blue) ) and less efficient conductive heat transfer through the more rigid lithosphere (shallower gradient in red). The boundary layer is a zone across which the transition in rheology and heat transfer mechanism occurs (in green). The thickness of the boundary layer is exaggerated here for clarity: it is probably less than half the thickness of the lithosphere. 11.9.2a QUE MANQUE-T-IL A CE SCHEMA? Zones de transition Gutenberg Lehmann 10-30% de réduction de la vitesse sismique mesurée à peine au-dessus de la transition manteau-noyau entre couches de 200-300 km d’épaisseur.