Activité 3 : origine des roches volcaniques

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1 Activité 3 : origine des roches volcaniques Classe : Noms : Compétences évaluées I F S M D1.1 : lire et exploiter des données (questions I.1 à3) D1.2 : Représenter des données (Texte question I.4 à 6) D1.1 : lire et exploiter des données (question I.7) D1.2 : Représenter des données (Texte question II.1 et 2) D1.2 : Représenter des données (Schéma basalte) D1.2 : Représenter des données (Schéma andésite) D4.2 : Formuler une hypothèse (question II.7) I Le fonctionnement des volcans Problème : d'où provient la lave émise lors des éruptions volcaniques? L'observation directe des profondeurs de la Terre est impossible, car elle dépasse largement nos capacités de forage. La seule solution est donc de procéder par «observation indirecte», c'est à dire utiliser des moyens détournés qui vont nous renseigner sur la structure profonde du globe. Le meilleur moyen que nous possédons sont les ondes sismiques car elles ont un double intérêt : - Elles résultent de mouvements de la croûte terrestre, qui engendrent des cassures au niveau des roches rigides. - Elles se déplacent dans le globe terrestre, puisqu'on peut enregistrer en France un séisme s'étant produit au Japon. De plus, nous avons vu que ces ondes sismiques ont une vitesse de déplacement qui varie en fonction des matériaux qu'elle traverse. Document 1 : images de tomographie sismique sous les volcans d'hawaï et d'islande Profondeur en Km Variation de la vitesse des ondes sismiques par rapport à la normale ( 0 ).

2 Document 2 : principe de la tomographie sismique Cette technique consiste à analyser les ondes sismiques qui proviennent des nombreux séismes qui ont lieu chaque jour sur Terre. Les stations sismiques étudient les variations de vitesse de ces ondes, de manière à savoir si elles ont été ralenties, ou accélérées par rapport à leur vitesse normale. Ceci permet aux chercheurs de déterminer le type de matériaux traversé par ces ondes, comme vous l'avez fait dans le TP sur le déplacement des ondes sismiques! Les deux lois physiques utilisées par cette technique sont : 1 Nous savons que les ondes sismiques sont ralenties lorsqu'elles traversent un matériau peu dense. 2 Un corps chaud est moins dense que le même corps froid : c'est le principe de la montgolfière, dans laquelle l'air chaud est emprisonné, et monte (car moins dense) dans l'air froid qui l'entoure (qui est donc plus dense). 1 Quel moyen est utilisé pour étudier les phénomènes volcaniques profonds? 2 Qu'observez-vous sous Hawaï et l'islande? 3 Donnez la définition de «réservoir magmatique». 4 Expliquez la remonté du magma, depuis les profondeurs, vers la surface. Cette technique de tomographie permet de mettre en évidence des réservoirs profonds et de très grande taille, toutefois, il semblerai qu'un autre type de réservoir existe. Pour les mettre en évidence, il faut utiliser les ondes sismiques de manière différente, et se servir du fait qu'elle sont le fruit de ruptures de la roche. Document 3 : localisation des séismes sous un édifice volcaniques

3 5 expliquez l'origine des séismes enregistrés à l'aplomb de l'édifice volcanique. 6 Expliquez l'absence de séismes vers -5km de profondeur. 7 - Complétez le schéma suivant :

4 II Les roches volcaniques sont caractéristiques du volcanisme qui les ont fait naître Le fonctionnement des volcans semble assez semblable dans ses mécaniques essentielles, qu'il soient effusifs ou explosif, toutefois les roches qu'ils produisent sont très différentes! Problème : comment expliquer que les productions volcaniques soit si différentes, alors que leurs mécanismes de fonctionnement semblent très proches? Document 1 : les deux grands types de roches produites par les volcans Échantillon d'andésite, une roche gris clair, comportant de nombreux trous, appelés «vacuoles» Cette roche est caractéristique des volcans explosifs. Échantillon de basalte, une roche sombre, qui peut être noire. Les vacuoles y sont petite et peu nombreuses. Cette roche est caractéristique des volcans effusifs. 1 Sachant que ces roches sont issues de laves liquides, qui ont refroidi et se sont solidifiées, expliquez la présence de ces vacuoles. 2 Sachant que les laves des volcans explosifs sont très visqueuses, et que celles des volcans effusifs sont très fluides, expliquez la différence en taille et en nombre de ces vacuoles dans ces deux types de roches. Pour vous aider, vous pouvez utiliser le modèle du verre rempli d'eau et de celui rempli de miel liquide, dans lequel vous mettez une paille et soufflez. Pour étudier plus précisément les roches, les géologues réalisent des lames minces. Ce sont des tranches de roche, coupées si finement que la lumière passe à travers. Ceci permet donc de les observer au microscope, et d'étudier les minéraux qui composent ces roches.

5 Document 2 : photographies de lames minces de basalte, d'andésite et de gabbro Photographie d'une lame mince de basalte d'hawaï. Photographie d'une lame mince d'andésite de Bolivie Photographie d'une lame mince de gabbro. 3 Réalisez un schéma au crayon gris d'une partie des lames minces de basalte et d'andésite que vous observerez au microscope.

6 4 D'après les définitions ci-après, placez les annotations correspondantes sur vos schémas. Microlithe : minérale de petite taille, souvent en forme de baguette. Phénocristal : minéral de grande taille. Verre volcanique : matière solide non cristallisée, ne laissant pas passer la lumière (apparaît en noir dans les lames minces) 5 Indiquez les points communs et les différences qu'il existe entre ces deux roches. Parfois certains réservoirs magmatiques ne se vident pas, et le magma qu'ils contiennent refroidit et cristallise sur place, en profondeur dans la croûte terrestre. Cela peut donner des roches comme le gabbro qui, s'il avait subi l'éruption, aurait donné un basalte. 6 Comparez le basalte et le gabbro, quelles différences voyez-vous? 7 Sachant que les minéraux des roches volcaniques, apparaissent petit à petit au cours du refroidissement de la lave, formulez une hypothèse permettant d'expliquer ces différences. Document 3 : expérience de cristallisation de la vanilline Pour vérifier l'hypothèse, nous devons modéliser le comportement d'une roche en fusion lors de son refroidissement, pour cela nous allons utiliser des cristaux de vanilline: La vanilline est une substance chimique qui se présente sous forme cristallisée (elle à l'aspect du sucre en poudre) et fond rapidement au contact d'une flamme (température de fusion: 80 C). Lorsqu'elle refroidit, son comportement est similaire à celui d'une lave : elle cristallise. On obtient les résultats suivants : Photo de gauche : Refroidissement de la vanilline dans un air à 25 C. Photo de droite : Refroidissement de la vanilline sur un lit de glace à 10 C. 8 Concluez sur le lien existant entre vitesse de cristallisation et aspect microscopique d'une roche volcanique.