TP4 : Mise en évidence de l existence des Plaques lithosphériques et mesure de leurs mouvements relatifs

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1 TP4 : Mise en évidence de l existence des Plaques lithosphériques et mesure de leurs mouvements relatifs Compétences Activités -Utiliser un logiciel «sismolog» Saisir des données et les traiter Activité 1 : Observation de la répartition des reliefs à la surface du globe A l aide du logiciel SISMOLOG (la carte topographique du fond des océans) et du Document 1. Cliquez sur «Affichage», «Echelle d altitude». 1)Identifiez les principaux reliefs visibles à la surface du globe et indiquez la répartition géographique des reliefs observés. 2) Les reliefs observés à la surface des continents et des fonds océaniques ont-ils une distribution géographique particulière? Activité 2 : Caractériser les mouvements relatifs des plaques lithosphériques Cliquez sur l icône «Volcans», puis sur l icône «Dessiner les séismes» 1-Quelle observation pouvez-vous faire quant à la répartition des principales zones sismiques et volcaniques? Cliquez sur «Affichage», «Contours», «Plaques» liquez sur l icône «Globe 3D». 2) Pourquoi peut-on dire que la lithosphère est constituée de zones stables et de zones actives? 3-Définir l expression «plaque lithosphérique»? 4) Complétez le tableau ci-dessous, indiquant les caractéristiques de chaque frontière de plaques 5) Complétez le Document 1 en indiquant le nom des plaques lithosphériques, les mouvements relatifs aux frontières par des flèches, une légende et un titre. Activité 3 : Mesurer la vitesse des mouvements des plaques lithosphériques par l utilisation des variations du magnétisme terrestre 1-Réaliser les expériences 1 et 2 puis récapituler les caractéristiques du vecteur champ magnétique 2- Réaliser l expérience 3 et schématisez votre observation en dessinant les lignes du champ magnétique de l aimant droit passant par les points L, M, O et P. Dessinez le vecteur champ magnétique en L, M, O et P en sachant que sa direction est tangente aux lignes de champ magnétique. Pour le sens des vecteurs aidez-vous de l expérience 2. 3-A partir des expériences précédentes, et du document 2, expliquer les résultats des photos du diaporama. 4-A partir du document 3, formuler deux hypothèses permettant d expliquer les changements apparents du pôle magnétique. 5-Grâce au document 4, éprouver les deux hypothèses. 6-Lire la page 302, puis schématisez les positions des pôles nord et sud magnétiques en «période normale» et en «période inverse» sur le document5. 7- Représenter en noir sur le document 6 les anomalies magnétiques positives en noir. 8- Comparer les deux parties du plancher océanique de part et d autre de la dorsale. 9- Montrer à partir du document 7, que la croûte océanique est une mémoire des inversions du champ magnétique terrestre. 10- Les anomalies magnétiques du plancher océanique peuvent être mises en relation avec le calendrier des inversions du champ magnétique terrestre découpé en époques (Brunhes, Matuyama, Gauss, etc.) et en événements (Jaramillo, Olduvaï, Kaena, Mammoth, etc.). Le graphique ci-dessous (document 8) présente, pour 3 dorsales (Dorsale du Pacifique oriental, Dorsale du Pacifique Nord-Est et Dorsale de l Atlantique Nord), la relation entre l âge d un basalte et son éloignement de la dorsale.calculez, en centimètres par an, la vitesse d expansion océanique dans l Atlantique Nord et le Pacifique oriental. Que remarquez-vous? Nord L M Nord O P

2 Nord géographique Equateur géographique Période Normale Période Inverse divergence Relief(s) Schéma du mouvement relatif des plaques Manifestations géologiques Exemple géographique convergence coulissage

3 Activité 1 : Observation de la répartition des reliefs à la surface du globe La topographie de la Terre, très différente de celle de son satellite la Lune, est une conséquence de l activité interne du globe. La distribution des reliefs de la Terre est une signature de cette activité. La topographie est le relief et la configuration des terrains d une région donnée. Le relief est la forme d une surface qui comporte des saillies et des creux. 1) Les principaux reliefs à la surface du globe sont: *Les dorsales océaniques (relief océanique, allongé dominant les plaines abyssales, de profondeur moyenne2500m, affleurant parfois en surface, en Islande par exemple); Les dorsales océaniques parcourent près de 56000km sur les fonds des océans; elles se situent plus ou moins au milieu des fonds océaniques (dorsale médio-atlantique, dorsale indienne, dorsale est-pacifique). *Les fosses océaniques (dépression allongée où la profondeur des fonds océaniques est la plus élevée; elle atteint 8000 à 11000m selon les fosses, cf Fosse des Mariannes au Sud-est du continent asiatique); Les fosses océaniques se situent à l aplomb des continents: bordure ouest de l Amérique: fosse du Pérou, fosse du Chili, fosse d Amérique Centrale; bordure est du continent asiatique: fosse des Philippines, fosse des Mariannes, fosse des Ryukyu, fosse des Kouriles, fosse des Aléoutiennes; bordure est de l Australie et des îles de l Océanie: fosse des Tongua-Kermadec, fosse des nouvelles Hébrides, fosse des Salomon, bordure est des îles de Sumatra: fosse de Sumatra; bordure est de l Amérique centrale: fosse de Porto Rico, bordure est de l Amérique du sud: fosse des Sandwich; bordure sud du continent européen: fosse hellénique. *Les chaînes de montagnes : Les chaînes de montagnes bordent les continents (les Andes,, les Montagnes Rocheuses) ou séparent des blocs continentaux (Himalaya, Alpes). 2-Les reliefs observés à la surface des continents et des fonds océaniques ont une distribution géographique particulière. La topographie est caractérisée par des nombreux reliefs (dorsales océaniques, fosses océaniques, chaînes de montagnes). Les fosses océaniques sont parfois à l aplomb de chaînes de montagnes: la Cordillère des Andes se trouve à l aplomb de la fosse du Chili et de la fosse du Pérou. Activité 2 : Caractériser les mouvements relatifs des plaques lithosphériques 1) Les foyers sismiques ont souvent une répartition linéaire. Les principales zones sismiques sont situées à l aplomb des fosses océaniques, au niveau des chaînes de montagnes et des dorsales océaniques. La répartition du volcanisme n est pas aléatoire: soit sur le pourtour du Pacifique et des continents, soit isolé au niveau des océans, soit aligné le long des dorsales océaniques. Leur répartition se superpose!! Elles sont concentrées dans des zones définies et relativement étroites. 2) On observe que certaines régions à la surface terrestre ne présentent aucune activité volcanique ou sismique (continent asiatique, continent européen par exemple). *Une plaque est une vaste zone «tranquille», pas ou peu active. Elle peut être totalement océanique ou comporter à la fois une partie océanique et une partie continentale. Elle est séparée des plaques voisines par des zones actives étroites (marges actives) marquées par une sismicité et un volcanisme importants. C est une calotte de lithosphère, d épaisseur variable, rigide et peu déformée, à l exception de ses frontières.

4 plaques lithosphériques Relief(s) Mouvement relatif Manifestations de l activité géologique Exemple géographique divergence Dorsales océaniques écartement des plaques l une par rapport à l autre Volcanisme actif Séismes superficiels Dorsale médioatlantique Dorsale est-pacifique Dorsale indienne convergence Fosses océaniques Chaînes de montagnes à l aplomb rapprochement des plaques l une par rapport à l autre Volcanisme actif Séismes superficiels et/ou profonds Fosse du Chili Fosse du Pérou Cordillère des Andes coulissage Failles transformantes coulissage des plaques l une par rapport à l autre Volcanisme actif Séismes superficiels Faille de San Andreas Activité 3 : Mesurer la vitesse des mouvements des plaques lithosphériques par l utilisation des variations du magnétisme terrestre -La direction est celle indiquée par une aiguille aimantée placée en ce point. -Le sens va du pôle sud vers le pôle nord de l aiguille aimantée. Représentez sur le schéma les vecteurs B L, B O, B P et B M. Le vecteur champ magnétique en un point de l espace est caractérisé par :Une direction Un sens Une valeur B) Les lignes de champ magnétique Expérience 4 : Placez un aimant droit sous un film transparent, saupoudrez le film de limaille de fer. Les particules de limaille de fer s orientent selon les lignes du champ magnétique de l aimant. C) Les inversions du champ magnétique terrestre au cours du temps Sachant qu un magnétomètre mesure un champ magnétique qui est la résultante du champ actuel et du très faible champ fossile (paléomagnétisme) enregistré dans les roches basaltiques, pouvez-vous proposer une explication aux bandes d anomalies positives et négatives enregistrées sur les fonds océaniques? ( La valeur du champ magnétique actuel sert de référentiel). Le champ magnétique terrestre peut être fossilisé. En effet, de nombreuses roches (les basaltes en particulier) possèdent des minéraux qui conservent les caractéristiques du champ magnétique terrestre régnant à l époque de leur formation. A l aide de magnétomètres très sensibles, on peut retrouver dans un échantillon de roche les caractéristiques de ce champ magnétique ancien (ou champ paléomagnétique). On peut ainsi déterminer la position du pôle nord magnétique ou paléopôle au moment de la formation de la roche.

5 La polarité du champ magnétique terrestre a subi des inversions au cours des temps géologiques. A certaines périodes, appelées périodes inverses, les pôles magnétiques Nord et Sud étaient inversés par rapport à la situation actuelle, qualifiée de période normale. Nord géographique Nord géographique Equateur géographique Période Normale Période Inverse Les relevés magnétiques du plancher océanique ont montré des anomalies remarquables: il s agit de bandes grossièrement parallèles à l axe de la dorsale et qui présentent alternativement un champ magnétique fort (anomalies positives) puis faible (anomalies négatives). Ces bandes de largeur variable sont disposées symétriquement par rapport à l axe de la dorsale. Les magnétomètres enregistrent 2 valeurs: la valeur du champ magnétique global et la valeur du champ magnétique local, ie le champ magnétique fossilisé dans les basaltes de la croûte océanique. Si une lave se refroidit au cours d une période normale, son magnétisme positif vient s ajouter au champ total et donne une anomalie positive. Si la lave se refroidit pendant une période inverse, son magnétisme négatif se soustrait au champ total et donne une anomalie négative. Échelle verticale: 6mm 20km = cm Échelle horizontale: 19mm 1 Ma = 10 6 années Vitesse d expansion de l Atlantique: [(10/6) x ] / [(61/19) x 10 6 ] = cm/an Vitesse d expansion du Pacifique oriental: [(51/6) x ] / [(61/19) x 10 6 ] = cm/an La vitesse d expansion du plancher océanique varie selon la dorsale: on considère les dorsales lentes et les dorsales rapides.

6 Les anomalies magnétiques du plancher océanique permet de déterminer les vitesses d expansion du plancher océanique au niveau d une dorsale. Toutes les dorsales ne présentent pas la même vitesse d expansion du plancher océanique: il existe des dorsales lentes et des dorsales rapides. BILAN DU TP : La lithosphère est découpée en plaques lithosphériques, rigides, relativement stables et géologiquement peu actives à l exception de leurs frontières, dont on distingue 3 types: les frontières de convergence, les frontières de divergence, les frontières de coulissage, marquées par une activité sismique et volcanique importante. Les signatures de la tectonique des plaques sont: les activités volcaniques et sismiques et leurs reliefs associés (dorsales océaniques, fosses océaniques, chaînes de montagne, failles transformantes) La Tectonique des Plaques s est imposée au cours du XXième siècle, succédant à la Théorie de la Dérive des Continents de Wegener. Le magnétisme terrestre permet: de prouver l existence d une expansion océanique au niveau de la dorsale par le paléomagnétisme; de dater approximativement l ouverture d un océan (bien qu il n existe pas de basaltes plus anciens à 160Ma); d estimer la vitesse d expansion du plancher océanique, donc la formation de la lithosphère océanique au niveau d une dorsale;