I ) L identification de deux types de volcanisme. 1) Les éruptions effusives des volcans "rouges" : (exemple : Le Piton de la Fournaise).

Transcription

1 LE VOLCANISME.

2 Introduction : La Terre possède sur les cinq continents plus de 1500 volcans (et bien davantage sous les océans) qui sont aujourd hui considérés comme actifs ; chaque année en moyenne 60 d entre eux entrent en éruption. Ces éruptions volcaniques peuvent être spectaculaires mais peu dangereuses comme celle de l Etna ou parfois excessivement violentes et redoutables comme celle du Vésuve qui détruisit Herculanum et Pompéi en 79 AP JC.

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4 I ) L identification de deux types de volcanisme. 1) Les éruptions effusives des volcans "rouges" : (exemple : Le Piton de la Fournaise).

5 Piton de la Fournaise ( île de la Réunion ). Signes précurseurs. Séismes Produits émis - Gaz. - Matériaux volcaniques (scories, bombes volcaniques). - Coulées de lave fluide.

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7 Piton de la Fournaise ( île de la Réunion ). Température des émissions volcaniques Vitesse de progression des émissions volcaniques. Type d activité Lave à plus de 1000 C Vitesse de la coulée de lave : 6 Km / jour (= 250 m / h) EFFUSIF

8 Le Piton de la Fournaise est en éruption quasi permanente.

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10 Piton de la Fournaise ( île de la Réunion ). Édifice formé L accumulation des produits émis depuis des centaines de milliers d années ont formé un cône.

11 Piton de la Fournaise ( île de la Réunion ). Destructions : habitations (incendies), infrastructures (routes) limitées aux zones des coulées. Conséquences - Formation d un cône avec un sur les paysages. cratère. - Agrandissement de l île grâce aux coulées. Modifications lentes et progressives.

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16 Éruption du Piton de la Fournaise (île de la Réunion) Automne 2006

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19 b) En vous aidant de la photographie d une coulée de lave en cours de refroidissement, proposer une hypothèse qui explique les différences observées à la question précédente.

20 Coulée de lave en cours de refroidissement.

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28 Projections Coulée de lave fluide Cratère Cheminée secondaire Cône Cheminée principale Activité volcanique.effusive....

29 2) Les éruptions explosives des volcans "gris" : (exemple : La Soufrière Hills).

30 Soufrière Hills (Montserrat) Signes précurseurs. Séismes

31 Soufrière Hills (Montserrat) - Grande quantité de gaz (violentes explosions). Produits émis - Panache de gaz et de cendres s élevant jusqu à 18 Km d altitude. - Nuée ardente (mélange de gaz chauds, de cendres et de blocs rocheux). - Lave visqueuse, restant à l intérieur du cratère, formant un dôme.

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35 Soufrière Hills (Montserrat) Température des émissions volcaniques Vitesse de progression des émissions volcaniques. Type d activité 650 C (pour la nuée ardente) 150 Km / h (pour la nuée ardente). EXPLOSIF

36 Soufrière Hills (Montserrat) Édifice formé - Formation d un dôme au sommet par accumulation de lave visqueuse. - Accumulation de produits volcaniques sur les pentes.

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39 Soufrière Hills (Montserrat) - Destruction d une ville. - Dépôts de lapilli et de cendres sur une grande épaisseur. Conséquences - Volcan éventré. sur les paysages. - Nouveau dôme au sommet. - Zones dévastées par les nuées ardentes. Modifications brutales et profondes.

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44 Éruption de la Soufrière de Montserrat

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53 Après les éruptions, Plymouth est entièrement ensevelie sous des milliers de tonnes de roches et de cendres.

54 Panache de gaz et de cendres Nuée ardente Activité volcanique EXPLOSIVE Dôme de lave visqueuse Cheminée principale

55 Volcan «ROUGE» Volcan «GRIS» EXPLOSIF

56 FIN

57 Problème : Comment expliquer les différents dynamismes éruptifs observés? II ) L origine des éruptions volcaniques. 1) L origine de la lave. Activité 2 : Un volcan : un point de sortie du magma.

58 A2) D après la réponse à la question D1 de l activité 1 du chapitre sur les séismes, que laisse supposer l absence de séismes à une certaine profondeur à l aplomb du volcan sur le doc 1 p 158. A2) Les séismes indiquent des ruptures de roches à l état solide, une zone dépourvue de séismes indique que cette zone est constituée de matériaux à l état liquide : c est un réservoir de magma situé en profondeur sous l édifice volcanique. B2) À l aide des docs 2 et 3 p 158 et des informations du texte cidessous compléter le schéma :

59 L édifice volcanique (cône ou dôme) n est que la partie superficielle d un appareil qui s étend en profondeur. Sous presque tous les volcans, à une profondeur variant entre 10 et 30 Km se trouve une chambre magmatique (réservoir rempli de magma situé à l aplomb du volcan). Le magma qui prend naissance en profondeur par fusion partielle d un volume restreint de roches, monte jusqu à ce réservoir. Il y séjourne un certain temps, parfois plusieurs siècles, avant le déclenchement de l éruption. Une éruption volcanique correspond donc à la reprise de l ascension du magma, depuis la chambre magmatique jusqu à la surface via un réseau de fractures, de réservoirs superficiels et de cheminées.

60 Cratère Cheminée Chambres magmatiques superficielles Fractures 10 à 35 Km 70 à 200 Km Chambre magmatique profonde Schéma de la structure interne du Piton de la Fournaise.

61 C2) Tracer à l aide de flèches rouges le chemin emprunté par le magma depuis son lieu de formation jusqu à son lieu d épanchement en surface.

62 10 à 35 Km 70 à 200 Km

63 La lave qui s épanche en surface lors des éruptions provient d un magma formé en profondeur à partir de la fusion d une petite quantité de matière minérale ; le magma peut s accumuler dans des réservoirs qui alimentent les volcans. Problème : Comment le magma remonte - t il à la surface? 2) Le moteur de l éruption. Activité 3 : Le moteur des éruptions volcaniques.

64 Dans la chambre magmatique, la forte pression maintient les gaz dissous dans le magma (de même, dans une bouteille de soda fermée, le liquide est sous pression, on ne voit pas de bulles : les gaz sont dissous dans le liquide). Lorsque le magma remonte lentement vers la surface, la pression diminue et les gaz dissous quittent le magma en formant des bulles. Ce dégazage accélère la montée du magma et entraîne la sortie de la lave à la surface (de même, après ouverture de la bouteille de soda, des bulles de gaz apparaissent sous l effet de la décompression et entraînent le liquide hors de la bouteille). Lors de la remontée du magma, les bulles piégées explosent en libérant leur gaz.

65 Nous avons étudier dans le I ) deux types d activités volcaniques très différentes : les éruptions effusives et les éruptions explosives ; dans les deux cas, la quantité de gaz initialement présente dans le magma est la même alors : Comment expliquer des activités volcaniques si différentes? Hypothèse : C est la différence de viscosité entre les 2 types de magma (visqueux ou fluide) qui explique les différences entre les 2 types d activités volcaniques (explosive ou effusive). Expérience : Mettre sur un plan incliné une goutte de mélange Ketchup + eau et une goutte de purée. Lequel descend le plus rapidement le plan incliné? : Le mélange ketchup + eau.

66 Schématisez l expérience réalisée sur le bureau :

67 Schématiser l expérience réalisée sur le bureau : Bouchon Mélange Ketchup + eau Cachet effervescent + eau Tube en verre Tube 1

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69 Bouchon Bouchon Purée Cachet effervescent + eau Tube en verre Tube 2

70 Résultats : Comparer le comportement des bulles de gaz et du contenu du tube dans les deux cas : Tube 1 : Les bulles progressent facilement dans le mélange et permettent son ascension rapide dans le tube et son écoulement. Tube 2 : Les bulles n arrivent pas à progresser facilement, elles s accumulent sous la purée, ce qui augmente la pression sur le bouchon de gauche et le font sauter brutalement puis la purée sort difficilement du tube.

71 Interprétation : Chercher à quoi correspond chacun des éléments utilisé dans l expérience dans la réalité des volcans. Noter ces équivalences à l aide du signe sur le schéma de l expérience.

72 Forte pression Magma fluide Bouchon Mélange Ketchup + eau Cachet effervescent + eau Tube en verre Gaz dissous dans le magma Cheminée Tube 1

73 Bouchon de lave = Dôme Forte pression Bouchon Bouchon Cachet effervescent + eau Purée Magma visqueux Tube en verre Gaz dissous dans le magma Cheminée Tube 2

74 Conclusion : Les gaz contenus dans le magma sont les éléments moteurs d une éruption : ils entraînent avec eux le magma vers la surface. Lors d une éruption effusive : le magma est fluide donc les gaz remontent sans peine vers la surface où la lave s épanche facilement en coulées de lave. Lors d une éruption explosive : le magma est visqueux donc les gaz se trouvent piégés et s accumulent dans des poches d où l activité explosive qui projette des matériaux.

75 Dans le réservoir, les gaz sous pression entraînent la montée du magma, qui s épanche à la surface sous forme de lave. Les gaz s échappent facilement des magmas fluides d où les coulées, mais plus difficilement des magmas visqueux provoquant ainsi des explosions. Toute lave arrivant en surface donne, en se refroidissant, une roche volcanique. Quelles sont les caractéristiques communes à ces roches à différentes échelles? Les différents constituants d une roche volcaniques se forment-ils en même temps?

76 III ) Du magma à la roche. 1) Observation macroscopique (à l œil nu) de roches volcaniques. Activité 4 : Étude macroscopique de deux roches volcaniques. Doc 1 p 160 : Au Piton de la Fournaise, les longues coulées de laves fluides sont à l origine de roches sombres : les basaltes. À la Soufrière Hills, le dôme de lave très visqueuse donne une roche plus claire : l andésite.

77 Basalte provenant d une coulée de lave fluide du Piton de la Fournaise. Certains cristaux sont visibles à l œil nu.

78 Andésite provenant du dôme de la Soufrière Hills.

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80 Problème : Comment peut-on expliquer l existence de roches volcaniques différentes? A4) Proposer une hypothèse à ces différences. A4) Les compositions chimiques différentes des magmas sont à l origine de roches volcaniques différentes. B4) À l aide de vos observations à l œil nu des deux roches remplir le tableau ci-dessous. Couleur et aspect de l échantillon. Couleur et répartition des minéraux.

81 Remarque : on appelle phénocristal, les grands cristaux («grain») visibles à l œil nu. basalte Type de magma d origine Aspect de la roche andésite Fluide Visqueux (éruption effusive) (éruption explosive) Pâte homogène avec des cristaux visibles Couleur de la roche Noire Gris clair Présence de bulles = vacuoles. Beaucoup de vacuoles Très peu de vacuoles Cristaux visibles à l œil nu = Phénocristaux Phénocristaux Phénocristaux

82 Le refroidissement de laves plus ou moins fluides, donc de composition différente, donne des roches différentes : les laves fluides donnent des roches sombres comme le basalte, les laves visqueuses donnent des roches claires comme l andésite. Les roches volcaniques renferment des grains appelés cristaux noyés dans une pâte homogène.

83 2) Observation microscopique de roches volcaniques. Activité 5 : Observation des lames minces des deux roches volcaniques au microscope. Doc 2 p 160. Les roches volcaniques peuvent contenir : - Des PHÉNOCRISTAUX, cristaux de grande taille, visibles à l œil nu. - Des MICROLITES, petits cristaux allongés, invisibles à l œil nu. - Du VERRE, qui est une partie non cristallisée de la roche (le fond de la roche est noir).

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85 Phénocristal Microlite Verre Lame mince de basalte observée au microscope polarisant. Grossissement : x 40.

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87 Phénocristal Microlite Verre Lame mince d andésite observée au microscope polarisant. Grossissement : x 40.

88 basalte andésite Phénocristaux Phénocristaux Phénocristaux Microlites Microlites Microlites Matière minérale non cristallisée = verre Verre Verre Structure

89 La STRUCTURE d une roche est la disposition des minéraux les uns par rapport aux autres : La roche est hémicristalline quand elle est formée de cristaux et de verre. Si la roche comprend surtout des microlites, la structure est qualifiée de microlitique. La roche est holocristalline quand elle est constituée entièrement de cristaux : - qualifiée de grenue si elle est composée uniquement de phénocristaux. - qualifiée de microgrenue si les cristaux sont invisibles à l œil nu. À l aide de ces informations, déterminer la structure de chacune des roches volcaniques.

90 basalte andésite Phénocristaux Phénocristaux Phénocristaux Microlites Microlites Microlites Matière minérale non cristallisée = verre Verre Verre Structure Hémicristalline Hémicristalline microlitique microlitique

91 Les roches volcaniques sont constituées : - de cristaux visibles à l œil nu = phénocristaux. - de cristaux microscopiques = microlites. - d une partie non cristallisée = le verre. On dit que leur structure est hémicristalline.

92 Problème : Comment expliquer la structure hémicristalline commune à toutes les roches volcaniques alors que celles-ci sont issues de magmas de compositions chimiques différentes? 3) Formation des roches volcaniques. Activité 6 : Refroidissement des laves et formation des roches volcaniques. Observation : En cours, nous avons vu que les roches volcaniques ont une structure particulière : la structure hémicristalline (la roche volcanique est formée en partie de cristaux et en partie de matériel non cristallisé = le verre).

93 Problème : À quoi est due cette structure hémicristalline propre aux roches volcaniques? A6) Aspects d un basalte selon sa position à l intérieur d une coulée refroidie. Deux échantillons de basalte sont prélevés au niveau d une coulée refroidie et solidifiée : l échantillon A au cœur de la coulée et l échantillon B en surface de la coulée.

94 Coulée de basalte refroidie : on prélève un échantillon A au cœur de la coulée et un échantillon B en surface. B A

95 B A

96 Échantillon B en surface de la coulée : Quelques cristaux noyés dans une pâte. Échantillon A au cœur de la coulée : de nombreux cristaux noyés dans une pâte.

97 a) Observer les deux lames minces tirées de ces échantillons et comparer leurs constituants (nombre : de phénocristaux, de microlites ; abondance du verre). Remplir le tableau (++ : très abondant ; + : abondant ; 0 : absence). Lame mince de basalte A Lame mince de basalte B (cœur de la coulée) (surface de la coulée)

98 Basalte A (cœur de la coulée). Basalte B (surface de la coulée). Phénocristaux + = + Microlites ++ > + Verre + < ++

99 Hypothèse : la vitesse de refroidissement du basalte plus rapide en surface (la lave forme une croûte) qu au cœur de la coulée doit agir sur la formation des minéraux. B6) La cristallisation de la vanilline : une modélisation de la cristallisation des roches volcaniques. Implication vérifiable : si la structure hémicristalline est due à des différences de températures lors du refroidissement des laves alors je dois observer des différences dans la taille des cristaux de vanilline selon la température de refroidissement. a) L expérience (Doc 4 p 161) : représenter précisément les dispositifs expérimentaux et les résultats des 3 expériences de refroidissement (lent, rapide et très rapide).

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103 Refroidissement très lent ( température de 25 C)

104 Refroidissement assez lent (température de 20 C)

105 Refroidissement assez rapide (10 C)

106 Refroidissement rapide (5 C)

107 Refroidissement très rapide (avec un bloc de froid très froid)

108 b) Proposer une interprétation de vos résultats. B6) b) Lorsque le refroidissement est lent, les gros cristaux ont le temps de se former, lorsque le refroidissement est rapide seuls les petits cristaux ont le temps de cristalliser. Quand le refroidissement est très rapide, les cristaux n ont pas le temps de se former, on obtient une pâte homogène = verre. c) Rédiger une conclusion en relation avec l hypothèse de la question A6) b). B6) c) La vitesse de refroidissement influence la formation et la croissance des cristaux.

109 C6) Refroidissement du magma au cours de sa remontée vers la surface. En arrivant à la surface, le magma est déjà en partie cristallisé, signe qu il s est déjà refroidit lors de sa remontée. Le refroidissement d un magma s effectue en trois principales étapes qui conduisent aux trois principaux constituants de la structure hémicristalline des roches volcaniques. Doc 3 p 161. Remarques : - le magma peut séjourner plusieurs années dans la chambre magmatique. - lors de sa remontée, le magma se trouve au contact des parois de la cheminée qui sont relativement plus froides que lui. Présenter vos conclusions sur le schéma ci-dessous en utilisant les informations obtenues d après la cristallisation de la vanilline et les remarques ci-dessus.

110 Surface Vitesse de refroidissement TRÈS RAPIDE Cheminée RAPIDE Chambre magmatique LENT

111 Surface Structure de la roche Verre Cheminée Magma Microlites Chambre magmatique Phénocristal Magma

112 La structure hémicristalline des roches volcaniques est le résultat d un refroidissement par étapes du magma : - d abord lent, en profondeur, qui entraîne la formation de gros cristaux. - puis rapide (lors de la remontée dans la cheminée) qui est à l origine des microlites et d un verre (se formant en surface) englobant tous les cristaux déjà formés. La structure des roches conserve donc la trace des conditions du refroidissement.

113 Nous avons vu que les séismes ne sont pas répartis au hasard à la surface de la Terre. Problème : Comment se répartissent les différents volcans actifs à l échelle du globe? IV) La répartition des volcans actifs à la surface du globe. Elève lance Smithsonian Exibit Version Activité 7 : La répartition du volcanisme à la surface de la Terre. A7) Repérer à l aide du planisphère doc 2 p 174 chaque type de volcanisme (effusif et explosif). D une façon générale, où trouve-t on des volcans actifs? : et.. dans......les...océans.... sur les continents

114 Comparer la position des volcans effusifs et explosifs avec la carte des reliefs à la surface de la Terre (doc 4 p 185 ): Quelques volcans sont isolés mais la répartition des volcans ne se fait pas au..... hasard , les deux types de volcanisme (effusif ou explosif) sont.distincts géographiquement :..... : Les volcans effusifs (basaltiques) sont surtout situés au niveau de...dorsales océaniques, au... fond......des... océans.... l axe des Doc 2 p 172 de : longues La lavefissures s épanche par des.. coussins.....de. lave...(=. pillows-lavas) en formant.. un... refroidissement ultra.....rapide.... dus à Les volcans explosifs (andésitiques) sont surtout situés sur continents en.. alignement ,l Océan à la périphérie les de...pacifique (.=..ceinture de...feu... ), , à proximité des fosses océaniques chaînes de...montagnes.... et des

115 La plupart des volcans sont alignés, seuls quelques uns sont isolés. Le volcanisme explosif est situé principalement en bordure de continents, à proximité des fosses océaniques et des chaînes de montagnes. Le volcanisme effusif basaltique est principalement situé au fond des océans au niveau des dorsales océaniques.

116 CONTRÔLE LE :

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139 me s i é s s n Zone sa

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142 Éruptions volcaniques de 1960 à nos jours. Le volcanisme de dorsale n est pas figuré.

143 Carte des reliefs à la surface de la Terre.

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145 L histoire du magma : du réservoir magmatique à la surface.

146 DOCUMENTS NUMÉRISÉ S

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150 Distancemètre

151 Extensomètre

152 Magnétomètre

153 Sonde à radon.

154 Sismomètre.