TP13 partie 2 LE MOTEUR DE LA SUBDUCTION En vieillissant, la lithosphère océanique s’éloigne de la dorsale et subit des transformations minéralogiques par la circulation de l’eau de mer au travers les fissures : c’est le métamorphisme hydrothermal. Les basaltes et gabbros sont alors métamorphisés en métabasaltes et métagabbros à chlorite et actinote (schistes verts) et refroidis. L’épaisseur et la densité de la lithosphère océanique augmente. Dans les zones de subduction, au cours du plongement, l'augmentation importante de pression et de température entraine de nouvelles transformations minéralogiques des roches de la croûte océanique. Ainsi, les gabbros sont transformés en métagabbros à glaucophane (schistes bleus) puis en éclogites lorsque la profondeur de la plaque plongeante augmente. On cherche à montrer que les transformations minéralogiques au cours de la subduction modifient la densité des roches et entretiennent la descente de la lithosphère océanique dans le manteau. Matériel - un échantillon de métagabbro présentant des pyroxènes (relique) entourés d’une auréole d’amphibole d’aspect noir à glaucophane, dans une matrice blanche de plagioclases - un échantillon d'éclogite présentant des grains rouges de grenat visibles dans une matrice verte de jadéite - balance, éprouvette graduée, calculatrice autorisée Activités proposées Capacités et critères d’évaluation Barème 1- A partir des informations qui vous sont fournies, proposez une démarche d’investigation permettant de répondre à la consigne à partir du matériel proposé. Appeler l’examinateur pour vérifier votre proposition et obtenir la suite du sujet. Votre proposition peut s’appuyer sur un document écrit (utiliser les feuilles de brouillon) et/ou être faite à l’oral. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème (10min maximum) 3 Adopter une démarche explicative 2 Observer le réel à l’oeil nu 2 Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables 3 Présenter les résultats pour les communiquer 2 1 Traduire des informations par un graphique 2 2- Après lecture du document 1a, donnez l’âge théorique auquel la lithosphère océanique va plonger et expliquez l’origine de ce plongement. 3- Dans l’échantillon d’éclogite, retrouvez le grenat et la jadéite à l’aide du descriptif proposé dans l’encadré Matériel ci-dessus. Appeler l’examinateur pour vérification 4- Déterminez la densité de chaque échantillon. Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats 5- Sous la forme de votre choix, traitez les données obtenues pour les communiquer. 6- En prenant en compte les associations minéralogiques de chaque roche, placez les 2 roches sur le diagramme profondeur-température document 3 au moyen de deux symboles représentatifs au choix (ronds ou triangles de couleurs différentes) et complétez la légende. 7- Tracez ensuite le trajet profondeur-T° suivi par un gabbro depuis sa formation au niveau de la dorsale jusqu’à la formation des éclogites et 1 1 déterminez graphiquement les conditions nécessaires pour métamorphiser un gabbro jeune (condition de dorsale) en métagabbro à glaucophane puis en éclogite. 8- A partir de l’ensemble de vos observations, montrez en argumentant que ce sont les transformations minéralogiques de la croûte océanique qui entretiennent la descente de la lithosphère océanique dans la subduction. 9- Rangez votre matériel. Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème 2 Organiser le poste de travail 1 ANNEXE 1 Document 1b : Les mesures suivantes ont été effectuées dans la lithosphère océanique : Document 1a : L'équilibre de la lithosphère océanique Après sa formation au niveau de la dorsale, la lithosphère océanique s’en éloigne et se refroidit au cours du temps. Aussi, l'isotherme 1300°C (limite lithosphère-asthénosphère) s’enfonce et la lithosphère océanique subit un épaississement progressif par sa base, par ajout de manteau lithosphérique. Comme le manteau, plus dense, s’épaissit au cours du temps, la densité de la lithosphère océanique augmente aussi. En vieillissant, la lithosphère s’enfonce de plus en plus dans l’asthénosphère : c’est la subsidence thermique. Âge de la lithosphère océanique (Ma) 2 10 15 25 30 40 60 80 100 160 800 1200 2000 2400 3200 4800 6400 8000 Epaisseur de la croûte océanique (km) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Epaisseur du manteau lithosphérique (km) 8 24 31 41 45 53 66 77 87 3,14 3,23 3,24 3,25 3,26 3,26 3,27 3,27 3,27 Distance à l'axe de la dorsale (km) Densités de la LO L'asthénosphère Document 3 est une couche solide. Par conséquent l'enfoncement d'un autre solide dans celle-ci s'accompagne d'une énorme résistance mécanique. C’est pourquoi la lithosphère ne va pas plonger tout de suite dans l’asthénosphère. On retrouve de la croûte océanique d’âge supérieur à 180 Millions d’années. On connaît la densité moyenne de chacun des éléments du système étudié : croûte océanique : d = 2,9 / croûte continentale : d = 2,7 manteau de la lithosphérique océanique : d = 3,3 manteau de l'asthénosphère : d = 3,25 Il est possible de calculer la densité de la lithosphère océanique en prenant en compte l’épaisseur et la densité de chaque couche (croute et manteau) et en calculant une densité moyenne pour la lithosphère. Domaines de stabilité des minéraux ; I = association à glaucophane + jadéite II = association à glaucophane + plagioclase. III = association à grenat + jadéite +/- glaucophane. IV = association à chlorite + actinote + plagioclase. V = association à hornblende + plagioclase VI = association à grenat + jadéite VII = association à pyroxène (non relique) + plagioclase Titre : Légendes : Gabbro océanique jeune Métagabbro à glaucophane Eclogite 2,7 2,9 Trajet Profondeur/Température/temps suivi par les roches de la croûte océanique au cours de l’expansion puis de la subduction