Des caractéristiques du domaine continental

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1 TS TP 1 Des caractéristiques du domaine continental Donner à revoir avant les acquis : cours de révisions de 1S + Belin p. 140 et 141. Acquis de 4ème La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui l est moins. Acquis de 1 ère S : La distribution bimodale des altitudes (continents/océans) ; La différence d altitude entre continents et océans révèle un contraste géologique : croute océanique formée de basalte et gabbro, croute continentale constituée entre autres de granite. La croute repose sur le manteau constitué de péridotite Théorie de la tectonique des plaques montra des mouvements divergents (dorsales), décrochants (failles transformantes) et convergents (zones de subduction) Acquis de physique 1S : Radioactivité naturelle et artificielle. Activité. Lois de conservation dans les réactions nucléaires. Réactions de fission et de fusion. Utiliser la représentation symbolique A ZX ; définir l isotopie et reconnaître des isotopes. Connaissances Capacités Attitudes La croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d'une épaisseur plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique. L'âge de la croûte océanique n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie. Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale. La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Manipuler et expérimenter : modéliser Réaliser et exploiter une modélisation analogique pour comprendre la notion d'isostasie. Exprimer et exploiter des résultats avec les TICE Déterminer un âge en utilisant la méthode de la droite isochrone Recenser, extraire et organiser des Informations. Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : écrit, numérique Comprendre le lien entre phénomène naturel et langage mathématique. Comprendre qu un effet peut avoir plusieurs causes. Situationproblème Au vidéoprojecteur : localisation des stations SODA (Sodankyla en Finlande, Laponie) et SANT (Santiago du Chili) sur carte mondiale des stations GPS + enregistrements des mouvements de ces stations. Géophysicien spécialisé dans l étude de données GPS, vous mesurez habituellement des déplacements horizontaux en latitude et longitude (Cf. 1S) Pour les stations SANT et SODA, appartenant au domaine continental, vous avez aussi mesuré des déplacements verticaux, avec élévation d altitude. Vous avez comparé avec des stations françaises et vous vous interrogez sur l origine de ces mouvements verticaux, entrainant des variations de l épaisseur de la croute continentale. Problème : comment expliquer les mouvements verticaux de la CC, en relation avec des variations de l épaisseur de la CC, observés en certains points du globe? TS TP1 Des caractéristiques du domaine continental Page 1

2 Vous émettez plusieurs hypothèses explicatives, que vous allez essayer de confirmer ou non. Dialogue Quelles hypothèses explicatives pouvezvous émettre? o SANT est la capitale du Chili avec à l est, la cordillère des Andes, donc hypothèse : l d altitude de SANT au cours du temps est en relation avec la formation de cette chaine de montagnes, o Conséquence =? Cette d altitude fait l épaisseur de la croute continentale (CC) o Altitude moyenne de la cordillère =? 4000m mais culmine à 6962m o Pourquoi yatil formation d une chaine de montagnes? il y a des mouvements horizontaux en latitude et longitude, allant vers le NE (avec rupture dans les mesures : séisme important qui a déplacé brutalement la station GPS) o Nature de ces mouvements horizontaux? Cf. 1S divergence? convergence? entre quelles plaques? mouvements de convergence entre plaque océanique pacifique et plaque continentale sudaméricaine, d où subduction et collision, ce qui entrainerait les mouvements verticaux de la CC à montrer Et pour SODA? photo il n existe pas de montagnes très élevées en Finlande, donc??? Au vidéoprojecteur : L'essentiel de la superficie de la Finlande repose sur un vieux socle archéen (environ 2,5 Ga) composé de granites, granitoïdes (granodiorite) et gneiss. Pendant la glaciation Würm, datée de ans à ans environ, il y a eu formation d inlandsis ou calotte polaire, glacier de très grande étendue. Installés progressivement sur les régions continentales des hautes latitudes, ils ont pu atteindre une épaisseur maximale de l'ordre de 3 km. La Scandinavie (Finlande, Suède et Norvège) était recouverte par cet inlandsis. Le retrait de celuici à la fin de la dernière glaciation, a laissé un paysage caractéristique de collines granitiques parsemé de milliers de lacs et étangs. La Finlande est un pays plat, avec un point culminant à 1328m au NW de la Laponie. Hypothèse pour expliquer les mouvements verticaux alors =??? o Vidéo : il y a eu fonte des glaciers depuis environ ans cela atil une incidence sur l altitude? o Comment le vérifier? o Utilisation du matériel mis à votre disposition : proposer un protocole. o Donner ensuite ce protocole Autres caractéristiques de ces régions pouvant expliquer l d altitude? o Nature des roches? =? continentales =? granite + gneiss + R. sédimentaires (Cf. 1S + infos sur le vidéo pour la Finlande) o Quelles en sont les caractéristiques? Structure? grenue Densité? relation avec celle de la croute océanique? du manteau? 1S La CC a une densité + faible que celles de la CO et du manteau Comment la mesurer? protocole =? Cf. 1S pour qu ils le retrouvent Rigides? déformables? cassantes? oui à montrer (TP2) o Leur âge? Cf. vidéo sur la Finlande : «vieux socle archéen (environ 2,5 Ga)» comment aton pu mesurer un âge aussi important? =??? avec la radiochronologie. o Rappels brefs de 1S physique sur la décroissance de l élément radioactif père et croissance de formation de l élément fils, puis donner la formule à appliquer pour trouver l âge t Suite du scénario : Vous émettez plusieurs hypothèses explicatives, que vous allez essayer de confirmer ou non, en relation avec l histoire géologique de ces régions ou/et avec certaines caractéristiques de la CC. TS TP1 Des caractéristiques du domaine continental Page 2

3 Consigne Afin de vérifier vos hypothèses, en relation avec l histoire géologique de ces régions ou/et avec certaines caractéristiques de la CC, vous utiliserez le matériel à votre disposition. Vous réaliserez les expériences et observations nécessaires que vous exploiterez. A l aide de vos résultats et informations tirées des données disponibles, vous donnerez quelques caractéristiques de la croute continentale: nature, âge, densité ainsi qu une explication possible des variations de son altitude et de ses mouvements verticaux. Votre réponse sera présentée dans un tableau réalisé avec Word. Durée : 1h10 maxi mise en commun 30 minutes Matériel et Documents : Echantillons de granite, gneiss, micaschistes, calcaire. Eprouvettes plastiques graduées de 500ml Balance Maquette de modélisation de l isostasie : tige filetée, morceaux de bois (tasseaux coupés et peints : Cf. Belin avec modèle Sciencéthic) Protocole d utilisation de la maquette Ordinateurs avec Excel Document : composition en Rb/Sr et 87Sr/86Sr de roches (granite ou id de Finlande) Protocole d utilisation d Excel pour tracer la droite isochrone et trouver l âge de la roche + Belin p.148 Réponses attendues La CC est constituée de : o Roches magmatiques comme le granite o Roches métamorphiques comme le gneiss ou le micaschiste o Roches sédimentaires comme le calcaire L âge de la CC peut être très ancien : 2,5 Ga pour les granodiorites du socle finlandais La densité de la CC est plus faible que celles de la CO ou du manteau : o 2,6 2.7 pour les roches magmatiques / métamorphiques o 2,2 pour les roches sédimentaires comme le calcaire L épaisseur de la CC dépend de la quantité de matériel qui la constitue : roches ou glaciers qui la recouvrent. o Si la quantité de matériel (formation des roches ou glaciation), l épaisseur de CC : s il y a formation de montagne, il y a en profondeur formation d une «racine crustale» o Si la quantité de matériel (érosion ou fonte des glaciers), l épaisseur de CC Composition de la CC Age Densité Mouvements verticaux et épaisseur de CC Granite, R. magmatique Gneiss, R. métamorphique Calcaire, R. sédimentaire Important + de 2,5Ga id Ma 2,45 2,7 2,5 2,65 2,22,3 remontée qd on retire du matériel suite à érosion ou dégel : épaisseur CC abaissement qd on ajoute matériel suite à formation roche ou glaciation : épaisseur CC TS TP1 Des caractéristiques du domaine continental Page 3

4 Bilan : Des caractéristiques de la CC sont en relation avec sa nature de roches (granite et ses dérivés métamorphiques ou sédimentaires) : Un âge pouvant être très ancien, Une faible densité la lithosphère continentale «flotte» sur le manteau (asthénosphère) Des variations d altitude, de reliefs en fonction de la quantité de matériel présent dessus et donc de son épaisseur qui dépend de phénomènes géologiques : formation de nouveaux terrains, érosion, glaciation, fonte des glaciers. Il y a donc plusieurs causes pour un même effet. Dans les chaines de montagnes, il y a épaississement de la CC en surface et en profondeur avec formation d une racine crustale. Ces variations d épaisseur sont à l origine de mouvements verticaux de la CC quand il n y a plus équilibre entre la lithosphère et l asthénosphère. Les mouvements rétablissent cet équilibre, c est l isostasie. Exercices à la maison pour la semaine prochaine dans leur livre Belin : n 4 page 147 page 150 et 151 Questions 1 et 2 Critères de réussite Critères de réussite des capacité(s) et attitude(s) évaluées A donner aux élèves au moment de l activité Manipuler et expérimenter Utilisation maîtrisée des fonctionnalités du Indicateurs de réussite A donner aux élèves au moment de l évaluation Mettre en œuvre un protocole Le résultat obtenu est exploitable. Respect des consignes d utilisation Le logiciel est rangé en fin de séance Recenser, extraire et organiser des informations Seules les informations utiles sont repérées et sélectionnées. Toutes les informations attendues sont données. Les informations sélectionnées sont reliées pour répondre au problème posé. Communiquer dans un langage scientifiquement correct : écrit et graphique Le vocabulaire scientifique est correctement utilisé. Le schéma est représentatif des phénomènes étudiés. TS TP1 Des caractéristiques du domaine continental Page 4

5 La réponse est explicative et justifiée. Exprimer et exploiter des résultats en utilisant les TICE : représenter des données sous forme d un graphe L utilisation du tableurgrapheur est maitrisée. La réponse est judicieusement présentée et permet sa compréhension. La charte informatique est respectée pour l utilisation de l ordinateur. Attitudes Comprendre le lien entre phénomène naturel et langage mathématique. Comprendre qu un effet peut avoir plusieurs causes Aides Apport de capacités Protocole pour mesurer la densité des roches (ppw) Fiche technique excel Aides de connaissances La radioactivité est issue du manteau qui est à l origine du magma formant les roches magmatiques. On la retrouve donc dans les minéraux des roches magmatiques. Les minéraux du granite sont : quartz, feldspath orthose et plagioclases, mica blanc ou muscovite et mica noir ou biotite. La radioactivité contenue dans une roche diminue au cours du temps, les éléments radioactifs père se transformant en éléments fils stables. Aide à la démarche de résolution Modélisation de l isostasie : o Comparaison des niveaux d eau dans l éprouvette quand on ajoute ou retire des éléments o Observer les niveaux émergés et immergés o Voir la variation de la partie immergée pour arriver à la notion de racine crustale. Distinguer altitude / relief de l épaisseur totale de la croute. Recenser les cas où l épaisseur totale de la CC ou Quelles sont les densités de la LO et du manteau, vues en 1S? Quel est l âge de la LO? Cf. 1S <200 Ma TS TP1 Des caractéristiques du domaine continental Page 5