Activité 5 : Comment caractériser la dynamique des zones de divergence ?
Capacités Objectifs de connaissances Validation de compétences
- Étude de diverses données sur les dorsales - Étude pétrographique et minéralogique - Calcul de densité
- Formation d’une nouvelle lithosphère océanique
- Evolution de la lithosphère océanique
Concevoir un protocole expérimental [Binôme – Q2]
Mettre en œuvre un protocole [Binôme – Q3+Q5]
Identifier la Hornblende au microscope [Individuel – Q8]
Les dorsales océaniques sont des frontières de plaques lithosphériques en divergence.
Problème 1 : Quelles sont les caractéristiques d’une dorsale océanique ? Ressources :
- Acquis sur les roches de la croûte océanique : basalte et gabbro (Activité 1) - Document 1
- Documents p.194 et 195 du livre Bordas - Matériel : ciment, plâtre et boite tectodidact.
Consignes :
1. À l’aide des documents 1 et du livre, expliquer le lien entre les caractéristiques morphologiques et thermiques avec l’activité magmatique locale.
2. À partir du matériel, concevoir un protocole expérimental permettant de mettre en évidence que des forces de divergences sont à l’origine de la morphologie des dorsales océaniques.
3. Mettre en œuvre le protocole expérimental.
Problème 2 : Quelle est l’origine du magma émis par les dorsales océaniques ? Ressources :
- Document 2 à 4
- Document 2A p.197, document 1A p.198 et document 3 p.199 du livre Bordas - Matériel : vanilline, 2 lames, microscope, support froid
- Roches et lames minces : basalte, gabbro, péridotite Consignes :
4. À partir du matériel, concevoir un protocole expérimental permettant de mettre en évidence que la vitesse de refroidissement d’un liquide a une influence sur la taille des cristaux qui se forment lors du refroidissement.
5. Mettre en œuvre le protocole expérimental.
6. À partir du de la lame mince et de la roche de la péridotite, établir ses caractéristiques (texture, minéralogie).
7. À partir des documents 2 à 4 ainsi que les documents dur livre, expliquer les mécanismes à l’origine de la formation du magma au niveau d’une dorsale lente et d’une dorsale rapide.
Problème 3 : Comment évolue la lithosphère océanique au cours du temps ? Ressources
- Documents 5 à 8
- Documents p.200 et p.201 du livre Bordas
- Roches et lames minces : gabbro, métagabbros des faciès schiste brun (à Hornblende) et du schiste vert (à actinote et chlorite), péridotite et serpentinite
- Fiches de reconnaissance des minéraux des roches métamorphiques et magmatiques - Vidéo « Black smoker hydrothermal vent » (svt4ever.fr)
Consignes :
8. Observer les roches et identifier au microscope polarisant dans les deux métagabbros, la hornblende, la chlorite et l’actinote.
9. À partir des documents 5 à 7 et de la vidéo, expliquer l’évolution d’un gabbro en métagabbro et de la péridotite en serpentinite.
Document 1 : Répartition des isothermes à l’aplomb d’une dorsale - @Magnard
Une isotherme est une ligne qui relie tous les points de même température. Elles sont établies à partir de différentes mesures physiques (vitesse des ondes sismiques, conductivité thermiques des roches…).
La base de la lithosphère correspond à l'isotherme 1 300 °C.
Document 2 : Diagramme de phase d’une péridotite obtenu au laboratoire
Une péridotite du manteau est soumise à des conditions de pression et de température variables. On peut établir
le digramme de phase de la péridotite qui permet de connaître l’état de la roche en fonction de la pression et de
la température.
Document 3 : Les deux mécanismes principaux permettant la fusion partielle 1. Augmentation de température à pression quasi constante
2. Diminution de pression sans changement de température, on parle de décompression adiabatique
Document 4 : Caractéristiques des dorsales lentes et rapides - @MagnardComplété Graben : bloc de terrain géologique affaissé.
Une faille normale survient quand les deux compartiments sont tirés dans des directions opposées. La masse rocheuse qui se situe au-dessus de la faille tend alors à descendre.
Type de dorsale
Exemple Dorsale Atlantique Dorsale Est Pacifique Morphologie Vallée axiale large et profonde
Vallée axiale peu marquée, parfois absente
Présence de grabens
Magmatisme
• Remontée asthénosphérique faible
• Production discontinue de petites quantités de magma
• Croûte discontinue d’épaisseur variant entre 0 et 5 km
• Péridotites à l’affleurement
• Remontée asthénosphérique forte et rapide
• Production continue d’importantes quantités de magma
• Croûte continue d’épaisseur supérieure à 5 km
• Pas de péridotites à l’affleurement (sauf parfois au niveau de grandes failles normales)
Document 5 : Une circulation d’eau dans la lithosphère océanique - @Hachette
La circulation des fluides hydrothermaux à travers la jeune croute océanique refroidit les roches et entraîne des réactions de métamorphisme*. Les gabbros deviennent des métagabbros, les péridotites subissent aussi un métamorphisme appelé serpentinisation.
*Métamorphisme : transformation minéralogique des roches à l’état solide sous l’effet de la variation de pression, de température et/ou d’un fluide.
Document 6 : Domaine de stabilité de quelques associations minéralogiques du gabbro et de la péridotite -
@Belin
Document 7 : Métagabbros et péridotite serpentinisée - @Magnard
Document 8 : Interview de Pierre Thomas, géologue
« La lithosphère océanique est constituée de manteau refroidi (plus dense que l’asthénosphère chaude) et de croûte (moins dense que le manteau, qu’il soit froid ou chaud). La lithosphère est donc une plaque constituée d’un lest (manteau refroidi) surmonté d'un flotteur (la croûte). Le flotteur garde une épaisseur constante tout au long de sa dérive, mais pas le lest. Plus la lithosphère s’éloigne de la dorsale, plus elle perd de la chaleur plus le lest s’épaissit et s'alourdit. Au bout d'un certain temps, le poids du lest devient théoriquement suffisant pour amorcer la subduction, malgré le flotteur. Dans la nature, ce début d’enfoncement est souvent différé de plusieurs dizaines de millions d’années car la flexion de la lithosphère est ralentie par la résistance mécanique à l’amorce de la subduction et à l’enfoncement. »
Document 9 : Épaississement de la lithosphère océanique - @MagnardModifié
Les géophysiciens ont pu établir une loi sur l’épaisseur de la lithosphère en fonction de son âge : e = 9,2 √𝑡 e = épaisseur en km et t = âge en Ma (millions d’années)
Age de la lithosphère (en Ma) 2 10 15 25 30 40 60 80 100
Distance à l’axe (en km) 160 800 1200 2000 2400 3200 4800 6400 8000
Épaisseur de la croûte océanique (en km) 7 7 7 7 7 7 7 7 7
Épaisseur de la lithosphère (en km)
Profondeur de l’isotherme 1300°C (en km) 8 24 31 41 45 53 66 77 87 Densité de la lithosphère
Rappels :
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡é𝐿𝑂= 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒𝐿𝑂 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝐿𝑂 Donc 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒𝐿𝑂= 𝑑𝐿𝑂𝑥𝑉𝐿𝑂
En prenant le cas d’une colonne de lithosphère océanique de 1m² de base :
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒𝑐𝑜𝑙𝑜𝑛𝑛𝑒= (𝑑𝐶𝑂𝑥𝑒𝐶𝑂𝑥1) + (𝑑𝑀𝐿𝑥𝑒𝑀𝐿𝑥1) avec 𝑒𝑀𝐿 = 𝑒𝐿𝑂− 𝑒𝐶𝑂
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑐𝑜𝑙𝑜𝑛𝑛𝑒 = 𝑒𝐿𝑂𝑥 1
