D4 La divergence des plaques
Au niveau des zones d’écartement des plaques tectoniques, la lithosphère océanique se met en place au niveau des dorsales puis s’en éloigne au cours du temps.
Objectif : On cherche à comprendre comment la lithosphère océanique est produite au niveau d'une dorsale et comment elle évolue en s’en éloignant.
A – La structure d’une dorsale océanique
Logiciel Google Earth
1 - Ouvrir Google Earth, fichier Dorsales.kmz, et tout décocher dans la base de données.
2 - Se positionner dans l’Atlantique sud (entre l’Amérique du sud et l’Afrique).
3– Cliquer sur « ajouter un trajet » pour ouvrir la fenêtre. Glisser la fenêtre sur le côté puis tracez votre trajet.
4 - Dans la fenêtre : « nommez votre trajet », choisir l'altitude « au niveau du fond marin » et l'unité en km, puis cliquer sur OK pour l'enregistrer.
5 - Pour afficher le profil, sélectionner votre trajet apparaissant dans la fenêtre de gauche, puis clic droit sur « afficher le profil de dénivelé ».
6 – Faire une capture d’écran de votre profil topographique.
7 - Les Variations du flux thermique : Cocher la carte du flux thermique.
1) Construisez le profil topographique de l’Atlantique sud entre l’Amérique du Sud et l’Afrique. Légendez-le (dorsale, plaine abyssale, Amérique du Sud, Afrique, croûte océanique, croûte continentale, talus continental, plateau continental).
2) Indiquez sur le profil topographique, les zones où le flux thermique est élevé. Quelle hypothèse pouvez-vous émettre pour expliquer les variations du flux thermique ?
B – La fusion partielle de la péridotite
Livre Nathan p 210 doc. 1
La production de magma par les dorsales est très importante. Les forces de divergence (écartement) de part et d’autre de la dorsale entraînent localement une diminution de la pression. On observe au même niveau une anomalie thermique du géotherme :
Un diagramme pression/température est construit. Il montre l’état (solide, solide+liquide, liquide) de la péridotite du manteau selon les conditions de pression et de température dans lesquelles elle se trouve :
On superpose à ce diagramme les géothermes sous une dorsale et sous une plaine abyssale.
3) Expliquez les mécanismes à l’origine du magma émis par la dorsale.
4) Proposez une hypothèse permettant d’expliquer pourquoi le refroidissement de ce magma ne redonne pas une péridotite.
MODELISATION DU MECANISME DE FUSION PARTIELLE
C – Du magma aux roches de la croûte océanique
Observation microscopique du gabbro et du basalte
Modélisation de la cristallisation :
On souhaite montrer que la vitesse de refroidissement du magma a une influence sur la taille des cristaux qui se forment lors de son refroidissement.
1 – Chauffer de la poudre d’éthylvanilline sur deux lames de verre jusqu’à fusion complète.
2 – Refroidir ces lames plus ou moins rapidement.
3 – Observer et comparer les cristaux obtenus à l’aide du microscope polarisant.
5) Reliez les textures des roches à la vitesse de refroidissement du magma.
6) Expliquez la superposition des différentes roches magmatiques qui constituent la croûte océanique.
D – L’hydratation de la lithosphère océanique
Livre Nathan p 214 et 215
Echantillons et lames minces de gabbro et de métagabbro à schiste vert.
4) Comment l’eau de mer modifie-t-elle la lithosphère océanique ?
5) Faites une photo comparative des deux roches de la croûte océanique : gabbro (anhydre) et métagabbro à schiste vert (hydraté).
E – La maturation physique de la dorsale
Livre Nathan p 217 doc. 2
Au cours de son éloignement de l'axe de la dorsale, la lithosphère océanique s'hydrate et se refroidit. Ce refroidissement se traduit par un abaissement de l'isotherme 1300°C, qui représente la limite lithosphère / asthénosphère. Il s'en suit un épaississement progressif de la lithosphère océanique par sa base, par adjonction d'une semelle de manteau froid et lourd.
Une colonne de lithosphère, de hauteur H, est constituée d'une croûte océanique d'épaisseur constante hC = 5 km et d'une semelle de manteau lithosphérique d'épaisseur (H – hC) variable suivant son âge. La masse ML d'une colonne de lithosphère océanique, de surface égale à 1 m², est donc égale à : MLith = [ρChC + ρML (H – hC)] x S avec :
- ρC = masse volumique de la croûte océanique = 2,85.103 kg/m3
- ρML = masse volumique du manteau lithosphérique = 3,3.103 kg/m3
- hC = épaisseur de la croûte océanique = 5000 m
- H = épaisseur totale de la lithosphère océanique = 9,2 (âge)1/2 (H est exprimée en mètres et l'âge en années)
La masse MAsth de la colonne d'asthénosphère sous-jacente, ayant la même surface et la même hauteur H que la colonne lithosphérique, est égale à :
MAsth = ρA H S
avecρA = masse volumique de l'asthénosphère = 3,25.103 kg/m3
5) A l’aide d’un tableur, calculez la hauteur H (précision au 1/10) pour les âges suivants : 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 Ma.
6) Calculez la masse d’une colonne de lithosphère pour les mêmes âges que précédemment
7) Effectuez le même calcul pour une colonne d’asthénosphère
8) A quel âge la lithosphère n’est-elle plus en équilibre sur l’asthénosphère, provoquant une subduction spontanée ?
3) Expliquez les mécanismes à l’origine du magma émis par la dorsale.
4) Proposez une hypothèse permettant d’expliquer pourquoi le refroidissement de ce magma ne redonne pas une péridotite.