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TP 1 Lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale
La lithosphère est une enveloppe rigide qui repose « en équilibre » sur l’asthénosphère. On cherche à expliquer cet état d’équilibre. De plus on constate une dualité d’altitude entre océan et continent. La croûte continentale forme les terres émergées à l’inverse de la croûte océanique. (Les continents ont une altitude moyenne de +840 m alors que la profondeur moyenne des océans est de -3800 m).
Comment expliquer ces variations d’altitude et l’état d’équilibre de la lithosphère sur l’asthénosphère ?
I) Nature et densité des roches de la croute continentale
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème
Exigences
1) Proposer une démarche d’investigation permettant de
comparer la nature et la densité des deux types de croûte.
Appeler le professeur pour vérifier votre proposition.
- Concevoir un protocole expérimental réalisable
Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
2) Mettre en œuvre le protocole afin de déterminer la
densité, la texture et la composition minéralogique
de l’échantillon caractéristique de la croûte
continentale.
Appeler le professeur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide.
- Utilisation maîtrisée de l’outil de mesure - Rangement du matériel - Réalisation réglages - Utilisation objectifs et du dispositif polarisant - Centrage et identification correcte des minéraux - Microscope rendu prêt à l’emploi
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
3) Compléter le document fourni.
Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus
4) A l’aide des pages 144 et 145, expliquer en quoi le modèle
de Pratt pourrait être cohérent pour expliquer les différences
d’altitude observées entre la LC et la LO en ne tenant compte
que du facteur « densité des roches ».
Définir la « surface de compensation »
- Modèle proposé cohérent avec les données de densité
Transition : Les chaines de montagnes correspondent à un épaississement de la croute continentale= excès de masse. Des études gravimétriques ont permis de comprendre l’état d’équilibre de la Lithosphère sur l’asthénosphère. Doc Livre page 144 doc 1 : notion de gravité. Sur Terre, le poids d’un objet est lié la force qui résulte de l’attraction exercée par la Terre sur cet objet. Cette force dépend de l’intensité de la pesanteur terrestre (g= gravité) qui dépend elle-même de la masse de la planète. Gravimétrie (mesurée par un gravimètre) => étude de l’intensité de la pesanteur terrestre et de ses variations. Ainsi dans les régions montagneuses, on pourrait s’attendre à mesurer une valeur plus importante de la gravité, due à l’excès de masse rocheuse.
On constate, au niveau des chaines de montagnes des anomalies gravimétriques négatives (cf doc 2 p 144). Comment expliquer qu’un excès de masse entraine une pesanteur mesurée inférieure à la pesanteur théorique calculée ?
Le domaine continental est caractérisé par un certain nombre de relief. Or l’anomalie gravimétrique constatée au niveau du relief pourrait être expliquée par un remplacement du matériel mantellique dense par un matériel crustal moins dense. On émet l’hypothèse que l’excédent de masse (épaisseur de la croute) doit être compensé en profondeur : au niveau du manteau, par un déficit de masse.
II) Profondeur du Moho et épaisseur de la croûte continentale
Document ressource : De nombreux sismographes sont installés dans les Alpes. Ils enregistrent de nombreux
séismes. Sur certains enregistrements on observe la présence de 2 trains d’ondes P : les ondes directes et les
ondes PmP qui se sont réfléchies sur le Moho et atteignent la station d’enregistrement avec un retard :
Connaissant la vitesse moyenne de propagation des ondes dans la croute terrestre ( v=6,3 km/s), on peut calculer l’épaisseur de la croûte terrestre c’est-à-dire la profondeur du Moho (H) à partir de la propagation des ondes
sismiques. (Théorème de Pythagore)
Schématisation du trajet des ondes sismiques P et PmP :
F = foyer du séisme
F’ = point image de F
E = épicentre du séisme
S = station d’enregistrement du séisme
h = profondeur du foyer
H = épaisseur de la croute terrestre
(= profondeur du Moho) Δ = distance épicentrale (distance ES)
Etape 1 : On cherche à expliquer l’anomalie en démontrant un approfondissement du Moho au niveau des
Alpes. Proposer une démarche d’investigation permettant d’établir la profondeur du Moho au niveau des Alpes. Etape 2 et 3 : Fichier Excel à ouvrir dans Dossup
Etape 4 : Exploiter vos résultats et à l’aide de l’exercice 11 p 162 démontrer l’existence d’une racine crustale sous
une chaine de montagne.
➢ Bilan : Expliquer la notion d’ISOSTASIE en utilisant le modèle de Airy (à recopier p 145)
➢ A faire : ex 9 p 161
Ouvrir le logiciel SISMOLOG
➢ Déterminer, à l’aide du sismogramme enregistré dans la
station OG04 concernant le séisme du 09/03/1992 de la
Clusaz (Isère)
- la profondeur du foyer en km
- le retard δt en secondes des ondes PmP par rapport aux
ondes directes P
➢ Reportez vos résultats dans la feuille de calcul Excel.
➢ Reporter sur la carte proposée la profondeur du Moho sous
la chaine alpine
: reliez stations et épicentres pour chaque séisme et indiquez
dans chaque cas, la profondeur du Moho.
3 -
5 -
7 -
Carte de la région alpine
Carte d’identité de 4 roches de la lithosphère légendes :
Nom de la roche
Aspect œil nu
Lame mince : Composition minéralogique LPNA/LPA
Schéma d’observation
Texture Densité de la roche
Domaine représenté
Basalte
Roche sombre minéraux non visibles à l’œil nu
Verre volcanique
Phénocristaux : Olivine
Pyroxène Microlites : Feldspaths plagioclases
Pyroxène
Microlitique
2,9
Croute Océanique (CO)
Gabbro
Roche claire, minéraux visibles
Feldspaths plagioclases
Pyroxène
Olivine
Grenue
3
Croute Océanique (CO)
Péridotite
Roche sombre verte, minéraux visibles
Olivine
Pyroxène
Grenue
3,3
Manteau
Granite
Croute continentale (CC)
Olivine «Verre» Plagioclase
Pyroxène
Lame mince de basalte observée en LPA (G=x100)
Lame mince de Gabbro observée en LPA (G=x100)
Lame mince de péridotite observée en LPA (G=x100)