Thème 1B Activité 13 : Le renouvellement de la lithosphère océanique Notions à construire En permanence, de la lithosphère océanique est détruite dans les zones de subduction et produite dans les dorsales. La divergence des plaques de part et d autre de la dorsale permet la mise en place d une lithosphère nouvelle à partir de matériaux d origine mantélique. Dans les zones de subduction, les matériaux de la vieille lithosphère océanique s incorporent au manteau. Objectifs et mots clés. Il s agit de construire une représentation graphique synthétique du modèle global et de fournir aux élèves les données essentielles sur le fonctionnement d une dorsale type. Compétences travaillées Capacités Observer Recenser, extraire les informations Raisonner avec rigueur Modéliser Percevoir la différence entre réalité et simulation Attitudes Manifester sens de l observation, curiosité, esprit critique Faire preuve d autonomie Document 1 : La tomographie sismique La tomographie sismique est une méthode géophysique utilisant l'enregistrement de l'arrivée des ondes sismiques émises lors de tremblements de terre et dont l'interprétation des temps d'arrivée les uns relativement aux autres et en différents lieux, permet de remonter aux variations spatiales des vitesses de propagation de ces ondes à l intérieur du globe terrestre. Les modèles tridimensionnels de vitesses d'ondes ou d'anomalies de vitesse par rapport au modèle radial de 1 er ordre (modèle PREM) peuvent être interprétés en termes de variations de température locale au sein des unités terrestres, ou en termes de variation de composition chimique ou minéralogique des matériaux. Son utilisation principale est la réalisation de la cartographie des hétérogénéités du manteau terrestre, très utile pour établir des liens entre les déplacements lithosphériques, interprétés dans le cadre de la tectonique des plaques, et la convection mantellique. http://fr.wikipedia.org/wiki/tomographie_sismique La tomographie sismique permet d obtenir des coupes virtuelles du globe terrestre en mesurant la vitesse de propagation des ondes sismiques en profondeur : les zones où la vitesse des ondes mesurée est inférieure à la vitesse moyenne sont considérées comme plus chaudes, les zones où la vitesse des ondes mesurée est supérieure à la vitesse moyenne sont considérées comme plus froides. D après Manuel de SVT, Bordas, 2007 1
Document 2 : Tomographies sismiques au niveau des fosses d Amérique centrale, du Japon, des Tonga, de la mer Egée 2
Document 3 : Tomographies sismiques au niveau de l Islande (gauche) et du Pacifique Est/Amérique du Sud (droite) 3
Document 4 : Profils sismiques Marges passives de l Océan Atlantique (Golfe de Gascogne en France) Dorsale médio Atlantique 4
Document 5 : Un rift actuel (http://www.ipgp.fr/~sicilia/chap1.pdf) La dépression de l'afar se situe dans la Corne de l'afrique, au Sud de la mer Rouge. Comme son nom le laisse entendre, la majeure partie du site a une topographie peu élevée, voire réside à une altitude inférieure à celle du niveau de la mer. Grâce à une vue prise satellitale, on s'aperçoit que s'il n'y avait pas la parcelle d'eau qui les sépare, la péninsule arabique pourrait s'emboîter dans l'afrique, de la même manière que l'amérique du Sud y trouverait son encastrement du coté opposé. Cependant, en y regardant de plus près, on remarque une sorte d'excroissance du continent africain, au niveau du Yémen, qui l'empêche de coïncider parfaitement avec l Arabie. Cette région à géométrie triangulaire, surplombée par des hauts plateaux, est ce que l'on nomme la dépression de l'afar. C'est également un des déserts les plus chauds de la Terre qui couvre principalement l'ethiopie, mais aussi le Sud de l'erythrée et une partie de la Somalie. La sécheresse, mêlée à l'intense activité volcanique et sismique sculptent le paysage de façon spectaculaire depuis près de 30 Ma. De surcroît, l'absence de végétation facilite la découverte de cet endroit unique au monde, ou tout ce qui se déroule normalement à plusieurs kilomètres de profondeur est ici expose à la surface. Les scientifiques ont ainsi le privilège de lire l'histoire de la Terre comme dans un gigantesque livre ouvert de géologie. Fichier Google Earth disponible : Afar.kmz Document 6 L océanisation http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/01_extension/01_terrain/06a.htm Failles et volcanisme marquent les paysages des continents soumis à une extension. L Est africain et l Islande correspondent à différents stades de ce processus qui, lorsqu il se poursuit pendant des millions d années, ouvre des océans comme l Atlantique et le Pacifique. À ce stade évolué, des «dorsales» sous marines sont en pleine activité volcanique et créent sans cesse de nouveaux fonds océaniques (océanisation). Les dorsales, généralement situées à 2500 mètres environ sous la surface de la mer, sont un système de montagnes volcaniques sous-marines d environ 64.000 kilomètres de long où sont fabriqués chaque année 17 km3 de nouvelle croûte océanique. La croûte continentale étirée par les mouvements de divergence des plaques peut, après la phase rift continental (Afrique)» être totalement amincie. Les roches du manteau supérieur subissent une diminution de pression au droit de l amincissement. Ceci facilite la fusion d une partie de ces roches chaudes (fusion partielle). Le magma ainsi formé se rassemble ; plus léger, il tend à monter dans les fissures et va s épancher en surface. Le magma, produit par la fusion partielle du manteau, est injecté par un grand nombre de dykes basaltiques dans la croûte continentale granitique, maintenant amincie et étirée. Ce mélange granite-basalte s'appelle la croûte de transition (principalement parce que la vitesse des ondes séismiques (tremblement de terre) s y propageant est intermédiaire entre celle qui caractérise le granite (plus lente) et celle qui caractérise le basalte (plus rapide). Leur altitude est négative et l eau de mer envahit la région : un océan naît, les continents se séparent, deux plaques sont individualisées. L extension se poursuivant, la croûte océanique se fissure régulièrement. Le magma qui parvient ainsi au contact de l eau de mer prend des formes de coussins (pillow-lavas en anglais) en raison des pressions d eau régnant en profondeur. Les roches volcaniques consolidées s écartent de chaque côté de la dorsale ce qui laisse la place à de nouvelles arrivées de laves qui forment de nouvelles roches volcaniques, plus jeunes. Les anciens bords du Rift s éloignent, toujours remplacés par de nouveaux C'est ce magma, refroidi, cristallisé, qui formera la nouvelle croûte océanique de part et d'autre d'une dorsale d abord embryonnaire comme celle qui ouvre la Mer Rouge. 5
Document 7 : Diagramme de phase de la péridotite 6
Document 8 Tableau de la composition minéralogique de trois roches magmatiques Minéraux Péridotite Gabbro Basalte Olivine 40 % 9 % 9 % Pyroxènes 54 % 34 % 34 % Plagioclases 6 % 52 % 52 % Orthose 1 % 6 % 6 % Quartz 0 % 0 % 0 % Document 9 : Matériel disponible (ou Logiciel Magma) 7