TP13 partie 2 LE MOTEUR DE LA SUBDUCTION

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.
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
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.
Concevoir une stratégie pour résoudre un
problème (10min maximum)
Adopter une démarche explicative
Observer le réel à l’oeil nu
Mettre en œuvre un protocole de résolution
pour obtenir des résultats exploitables
Présenter les résultats pour les
communiquer
Traduire des informations
par un graphique
Exploiter les résultats obtenus pour
répondre au problème
Organiser le poste de travail
3
2
2
3
2
1
2
1
1
2
1

ANNEXE 1
Titre :
Document 3
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
Document 1b : Les mesures suivantes ont été effectuées dans la lithosphère océanique :
Âge de la lithosphère océanique (Ma)
2
10
15
25
30
40
60
80
100
Distance à l'axe de la dorsale (km)
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
Densités de la LO
3,14
3,23
3,24
3,25
3,26
3,26
3,27
3,27
3,27
 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.
L'asthénosphère 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.
2,9
2,7
Légendes : Gabbro océanique jeune
Métagabbro à glaucophane
Eclogite
Trajet Profondeur/Température/temps
suivi par les roches de la croûte
océanique au cours de l’expansion puis de
la subduction