Activités 17 à 19 (avec corrigé des activités 17 et 18)

Quelques rappels
1. Structure du globe
2. Structure de la
lithosphère
océanique
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge
- Créer une feuille de calcul LibreOffice (ou Excel...), et, en utilisant les données d'épaisseur de la
lithosphère océanique indiquées dans le document 3 p. 175, calculer pour chaque âge la masse d'une
colonne de lithosphère de 1 m² de surface. On prendra pour densité de la croûte océanique 2,9 et non 3
comme indiqué dans le livre, et pour épaisseur de la croûte océanique : 6000 m.
- Calculer, pour chaque âge, la densité globale de la lithosphère océanique (croûte + manteau
lithosphérique), dont vous venez de calculer la masse.
- Indiquer à partir de quel âge approximatif un panneau de lithosphère océanique peut en théorie entrer
spontanément en subduction (c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère).
- D'après le document
ci-contre, quel est l'âge
des
zones
de
lithosphère océanique
les
plus
âgées ?
Comment résoudre ce
paradoxe ? Réponses à
noter dans la feuille de
tableur, en dessous du
tableau de calcul.
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge
- Créer une feuille de calcul LibreOffice (ou Excel...), et, en utilisant les données d'épaisseur de la
lithosphère océanique indiquées dans le document 3 p. 175, calculer pour chaque âge la masse d'une
colonne de lithosphère de 1 m² de surface. On prendra pour densité de la croûte océanique 2,9 et non 3
comme indiqué dans le livre, et pour épaisseur de la croûte océanique : 6000 m.
- Calculer, pour chaque âge, la densité globale de la lithosphère océanique (croûte + manteau
lithosphérique), dont vous venez de calculer la masse.
- Indiquer à partir de quel âge approximatif un panneau de lithosphère océanique peut en théorie entrer
spontanément en subduction (c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère).
- D'après le document
ci-dessous, quel est
l'âge des zones de
lithosphère océanique
les
plus
âgées ?
Comment résoudre ce
paradoxe ? Réponses à
noter dans la feuille de
tableur, en dessous du
tableau de calcul.
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge – Corrigé
âge épaisseur volume masse volumique masse C.O.
(Ma) C.O. (mètre) C.O. (m3) C.O. (tonne.m-3) (tonne)
9
6000
6000
2,9
17400
16
6000
6000
2,9
17400
25
6000
6000
2,9
17400
100
6000
6000
2,9
17400
150
6000
6000
2,9
17400
épaisseur totale
lithosphère (m)
30000
40000
50000
100000
120000
masse vol.
volume masse volumique masse m.l. masse totale volume total
lithosphère
m.l. (m3) m.l. (tonne.m-3) (tonne) lithosphère (t) lithosphère (m3)
(tonne.m-3)
9
24000
24000
3,3
79200
96600
30000
3,22
16
34000
34000
3,3
112200
129600
40000
3,24
25
44000
44000
3,3
145200
162600
50000
3,252
100
94000
94000
3,3
310200
327600
100000
3,276
150
114000
114000
3,3
376200
393600
120000
3,28
C.O. = croûte océanique
m.l. = manteau lithosphérique
âge
(Ma)
épaisseur
m.l. (m)
A partir d'un âge d'environ 25 millions d'années, la densité globale de la lithosphère océanique (3,252)
dépasse celle de l'asthénosphère (3,25). Le panneau de lithosphère océanique peut alors, en théorie,
entrer en subduction, c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère.
En fait, on trouve quelques zones de lithosphère océanique dont l'âge peut aller jusqu'à 180 Ma. C'est
paradoxal. Cela est dû au fait que l'asthénosphère est notamment dû au fait que ces portions de
lithosphère océanique âgées donc denses sont en continuité d'un côté avec de la lithosphère
océanique plus jeune donc moins dense, et de l'autre avec une lithosphère continentale, moins dense
aussi, qui jouent le rôle de flotteur.
Activité 17 – Capacité de flottaison de la lithosphère en fonction de son âge – Corrigé
âge épaisseur volume masse volumique masse C.O.
(Ma) C.O. (mètre) C.O. (m3) C.O. (tonne.m-3) (tonne)
9
6000
6000
2,9
17400
16
6000
6000
2,9
17400
25
6000
6000
2,9
17400
100
6000
6000
2,9
17400
150
6000
6000
2,9
17400
épaisseur totale
lithosphère (m)
30000
40000
50000
100000
120000
masse vol.
volume masse volumique masse m.l. masse totale volume total
lithosphère
m.l. (m3) m.l. (tonne.m-3) (tonne) lithosphère (t) lithosphère (m3)
(tonne.m-3)
9
24000
24000
3,3
79200
96600
30000
3,22
16
34000
34000
3,3
112200
129600
40000
3,24
25
44000
44000
3,3
145200
162600
50000
3,252
100
94000
94000
3,3
310200
327600
100000
3,276
150
114000
114000
3,3
376200
393600
120000
3,28
C.O. = croûte océanique
m.l. = manteau lithosphérique
âge
(Ma)
épaisseur
m.l. (m)
A partir d'un âge d'environ 25 millions d'années, la densité globale de la lithosphère océanique (3,252)
dépasse celle de l'asthénosphère (3,25). Le panneau de lithosphère océanique peut alors, en théorie,
entrer en subduction, c'est-à-dire couler dans l'asthénosphère.
En fait, on trouve quelques zones de lithosphère océanique dont l'âge peut aller jusqu'à 180 Ma. C'est
paradoxal. Cela est dû au fait que l'asthénosphère est notamment dû au fait que ces portions de
lithosphère océanique âgées donc denses sont en continuité d'un côté avec de la lithosphère
océanique plus jeune donc moins dense, et de l'autre avec une lithosphère continentale, moins dense
aussi, qui jouent le rôle de flotteur.
Activité 18 - Transformation minéralogique des roches de la croûte océanique au cours de la subduction
Lorsque la lithosphère océanique s'éloigne de la dorsale, le refroidissement des basaltes et gabbros,
associé à la circulation d'eau de mer dans les fractures de la croûte, entraîne une transformation à l'état
solide des minéraux (métamorphisme) : plagioclase et pyroxène réagissent entre eux en présence d'eau et
donnent une amphibole (minéral hydraté) : la hornblende. Les gabbros deviennent ainsi des métagabbros
à hornblende.
Le refroidissement et l'hydratation continuant, la hornblende est progressivement remplacée par des
minéraux encore plus hydratés, chlorite et actinote, qui donnent une teinte verte à la roche. On est dans
le "faciès schistes verts" ; les métagabbros à hornblende sont maintenant des métagabbros à chlorite et
actinote.
Lors de la subduction, les roches de la croûte océanique sont entraînées en profondeur, ce qui provoque
une augmentation rapide de la pression et une augmentation modérée de la température. Les minéraux
subissent encore des transformations, toujours à l'état solide. On parle de métamorphisme HP-BT (haute
pression - basse température). Hornblende, chlorite et actinote disparaissent pour former de la
glaucophane, amphibole bleue, moins hydratée que la hornblende. On est dans le "faciès schistes
bleus" ; les métagabbros à chlorite-actinote sont transformés en métagabbros à glaucophane.
Puis ces métagabbros sont entraînés encore plus profondément, et se transforment vers 30 km de
profondeur en éclogites : la glaucophane et les autres minéraux disparaissent à leur tour et il se forme un
pyroxène vert, la jadéite, et du grenat. La roche ainsi formée est appelée éclogite.
Activités
Critères d'évaluation Barème
1 Retrouver à l'œil nu dans les échantillons proposés :
Observer le réel à l’œil
/3
- la hornblende brune de préférence dans le métagabbro à hornblende nu
+ chlorite et actinote (faciès "schistes verts") ;
- la glaucophane dans le métagabbro à glaucophane (faciès "schistes
bleus") ;
- le grenat et la jadéite dans l’échantillon d’éclogite.
Appeler le professeur pour vérification
2 Retrouver les mêmes minéraux dans les lames minces, en utilisant le Utiliser le microscope
/8
microscope polarisant et la planche des caractéristiques des minéraux. polarisant : réalisation
Appeler le professeur pour vérification de chaque identification
des réglages,
repérage des
minéraux
/7
3 Mesurer la densité d'un métagabbro à hornblende, celle d'un Appliquer une
métagabbro à glaucophane du faciès schistes bleus et celle d'une démarche explicative
éclogite. Montrer que le métamorphisme subi par la croûte océanique
/3
lors de la subduction entretient (facilite) la plongée de la lithosphère
océanique.
/1
6 Organisation et rangement du poste de travail
DONNÉES
La masse volumique est le rapport de la masse d'un échantillon sur son volume. La masse volumique de
l'eau est égale à 1 g /cm3 = 1 kg/L = 1 t /m3. La densité d'un objet est le rapport de sa masse volumique sur
celle de l'eau.
PROTOCOLE de mesure de la masse et du volume d'un échantillon de roche
Matériel
Protocole
Mesure de la masse de chaque échantillon
- une balance
■ Peser chaque échantillon (choisir judicieusement le nombre de morceaux
- une éprouvette graduée
permettant une précision suffisante) à l'aide de la balance fournie.
- un bécher
■ Noter le résultat obtenu.
- un échantillon de gabbro en un Mesure du volume de chaque échantillon
ou plusieurs morceaux de taille ■ Verser de l'eau dans l'éprouvette jusqu'à une graduation repère ;
adaptée
au
volume
de ■ Immerger l'échantillon dans l'eau de l'éprouvette ;
l'éprouvette
■ Une fois l'échantillon totalement immergé, lire le niveau atteint par l'eau,
aussi précisément que possible ;
■ Calculer le volume de l'échantillon, qui correspond au volume d'eau
déplacé.
La masse volumique sera exprimée en grammes par centimètre cube. Les calculs doivent figurer sur la
feuille.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique : ρ=
Densité :
d=
m
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
V
ρéchantillon
(grandeur sans unité).
ρeau
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
m
Masse volumique : ρ=
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
V
ρéchantillon
Densité : d =
(grandeur sans unité).
ρeau
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique : ρ=
Densité :
d=
m
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
V
ρéchantillon
(grandeur sans unité).
ρeau
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 18 – Éléments de correction
Masse volumique : ρ=
Densité :
d=
m
(en g.cm-3 si m est en grammes et V en cm3).
V
ρéchantillon
(grandeur sans unité).
ρeau
Métagabbro à hornblende : d = 2,7 à 3.
Métagabbro à glaucophane : d = 2,9 à 3,2.
Éclogite : d = 3,2 à 3,5.
Au cours de la subduction, la croûte océanique subit un métamorphisme dû à
l'augmentation de pression (et de température) : les métagabbros à
hornblende (devenus en fait des métagabbros à chlorite et actinote du faciès
schistes verts) perdent de l'eau et deviennent des métagabbros à glaucophane
(faciès schistes bleus) puis des éclogites. Leur densité devient donc de
plus en plus élevée au fur et à mesure que la plaque plonge. Or la
subduction est justement due au fait que la lithosphère océanique,
devenue plus dense que l'asthénosphère, coule dans celle-ci.
L'augmentation de densité de la croûte océanique au cours de la subduction
facilite donc le phénomène.
Activité 19 – Détermination de deux roches trouvées dans une zone de subduction
Roche
1
2
Aspect à l'œil nu
Phénocristaux
(minéraux visibles
à l'œil nu), avec
principaux
critères de
reconnaissance
Texture visible
au microscope
Aspect au
microscope avec
principaux
critères de
reconnaissance
des minéraux
Origine argumentée :
magmatique (en
précisant plutonique
ou volcanique),
métamorphique...
Nom
Démontrer que ces roches proviennent d'un magma qui contenait des molécules d'eau.
Activité 19 – Détermination de deux roches trouvées dans une zone de subduction
Roche
1
2
Aspect à l'œil nu
Phénocristaux
(minéraux visibles
à l'œil nu), avec
principaux
critères de
reconnaissance
Texture visible
au microscope
Aspect au
microscope avec
principaux
critères de
reconnaissance
des minéraux
Origine argumentée :
magmatique (en
précisant plutonique
ou volcanique),
métamorphique...
Nom
Démontrer que ces roches proviennent d'un magma qui contenait des molécules d'eau.