SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

DS n°5Épreuve de géologie

12 mars 2016Durée : 2 heures

Les calculatrices sont autorisées.L’usage de tout ouvrage de référence et de tout document est strictement interdit.Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il en fait mention dans sa copie et poursuit sa composition. Dans ce cas, il indique clairement la raison des initiatives qu’il est amené à prendre.Les candidats doivent respecter les notations de l’énoncé et préciser, dans chaque cas, la numérotation de la question posée.Une grande attention sera apportée à la clarté de la rédaction et à la présentation des différents schémas.

PARTIE 1 - LES ÎLES CANARIES

Les îles Canaries sont un archipel d’îles volcaniques situées à 100 km de la côte ouest du Maroc.

Carte des fonds océaniques présentant la localisation des îles Canaries

1/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

îles Canaries

dorsale altlantique

Espagne

Maroc

France

1) Contexte du magmatisme

Document 1 - Carte des îles Canaries indiquant l’âge des plus anciennes coulées aériennes de chaque île. (Carracedo, journal of volcanology and geothermal research 60, 1994, 225-241)

1.1. À l’aide du document 1, construire un graphique représentant l’âge du volcanisme aérien en fonction de la distance à El Hierro. On pourra se contenter des îles : Hierro, Tenerife, Gran Canaria et Fuerteventura.1.2. La dernière éruption volcanique a eu lieu à El Hierro en 1971. En déduire la localisation probable de la chambre magmatique.1.3. Déduire des deux questions précédentes une hypothèse sur l’origine de ce chapelet d’îles, et estimer la vitesse de déplacement de la plaque atlantique.

Pour étayer cette hypothèse, une étude géochimique des roches magmatiques de ces îles a été réalisée afin de calculer le rapport initial et le taux de fusion du magma.

Île 87Sr / 86Sr Rb / Sr

El Hierro 0,7034 0,033

La Gomera 0,7035 0,028

Tenerife 0,7038 0,042

Moyenne 0,7035 0,036

Document 2 - Mesure du rapport initial dans des basaltes alcalins de différentes îles des Canaries. D’après «The diffrenciation history of the earth by rubidium-strontium isotopic relationships»par AE Bence (1966)

1.4. Justifier l’utilisation des éléments strontium et néodyme pour déterminer l’origine des magmas.1.5. Sachant que le rapport 143Nd/144Nd mesuré à Tenerife a une valeur de 0,5129 (Wiesmaier, Journal of petrology, 2012), utiliser les documents 2 et 3 pour déterminer l’origine du magma des îles Canaries.

2/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

Document 3 - Diagramme Nd/Sr de l’origine des magmas basaltiques.(Pomerol, éléments de géologie, 15ème édition)

La composition des basaltes de Tenerife a été comparée à celle du manteau péridotitique retrouvé sur un affleurement du sud de l’île. Elle est donnée dans le tableau ci-dessous :

Oxyde SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O

péridotite 45,1 3,14 3,6 7,5 0,03 41,3 2 0,2 0,1

basalte 48,85 1,12 16,10 7,84 0,16 9,22 12,31 2,42 0,48

Document 4 - Tableau résumant la composition en oxydes d’un basalte et d’une péridotite de Tenerife (d’après Sun, Geological Society, London, Special Publications 1989; v. 42; p. 313-345).

1.6. Calculer le taux de fusion partielle ayant conduit à la production des magmas de Tenerife. Justifier le choix de l’élément utilisé pour le calcul.1.7. Discuter le résultat obtenu en lien avec les hypothèses formulées précédemment.

Les études ont été complétées par une étude de tomographie sismique. Le document 5 présente les résultats obtenus.

3/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

Document 5 - Coupe horizontale à travers le modèle tomographique à 135 km (gauche) et 315 km de profondeur (droite). Les triangles blancs à gauche indiquent la position des principaux

affleurements volcaniques Cénozoïques. Les îles Canaries sont situées au sud ouest de la carte (d’après https://geoazur.oca.eu/spip.php?rubrique834).

1.8. Expliquer à quoi correspondent les anomalies de vitesse des ondes P.1.9. Interpréter les résultats au niveau des îles Canaries. Expliquer en quoi ces données valident ou infirment l’hypothèse précédente.

2) Diversité des édifices volcaniques et différenciation magmatique

Les îles de La Gomera et de Lanzarote ont des paysages très différents. Les clichés du document 6 présentent une diversité d’édifices volcaniques. Les épisodes éruptifs ont été datés.

!

4/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

a)

b)

géowikiR. Paris

Document 6 - Édifices volcaniques de la Gomera (a et b) et de Lanzarote (c, d et e) et âge des formations entre parenthèse.a) Dôme trachytique de Roque de Ojila (7 MA) ; b) Prismes basaltique de Los Organos (12 MA)c) Cratère de Montañas del Fuego (1730) ; d) cônes de Timanfaya et coulée basaltique de 1730 ; e) Los Ajaches, cône de basalte (14 MA).

1.10. Pour chaque cliché, décrire le paysage et déterminer le type de dynamisme éruptif.1.11. En utilisant les datations des épisodes éruptifs, décrire pour chaque île l’évolution du magmatisme.

La géochimie des roches volcaniques a permis de construire des diagrammes de Harker en représentation TAS (document 7).

!Document 7 - Analyses géochimiques des laves des îles Lanzarote et La Gomera, projetées en diagramme TAS (d’après Raphaël Paris, Sciences de l’Homme et Société, Université Panthéon-

Sorbonne - Paris I, 2002). Alk = Na2O + K2O

5/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

c) d)

C. Escuyer

C. Escuyer

e)

C. Escuyer

1.12. Analyser les diagrammes de Lanzarote et de La Gomera présentés dans le document 7.1.13. Identifier la série magmatique de La Gomera à l’aide du document 8. Relier cette série au contexte magmatique déterminé dans la partie 1).

Document 8 - Séries magmatiques reportées sur le diagramme TAS.(Éléments de géologie, Renard, 15ème édition).

PARTIE 2 - ÉTUDE DE LA CORDILLÈRE DES ANDESd’après G2E 2015

Le tableau 1 présente les compositions chimiques de différentes roches provenant de la Cordillère des Andes.

2.1. À partir des trois premières colonnes du tableau 1, proposez une source pour le basalte calco- alcalin et expliquez le processus qui conduit à la formation du magma.

Tableau 1 - Compositions chimiques de six roches échantillonnées dans les Andes Centrales

6/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016

2.2. Discutez le taux de fusion à l’origine des roches 3 à 6. En complétant la figure 2, vous présenterez le processus de fusion qui permet la production du liquide à l’origine des différents produits magmatiques présentés dans le tableau 1 (colonnes 3 à 6).

2.3. Outre le basalte calco-alcalin, d’autres produits volcaniques ont été prélevés et analysés (colonnes 3 à 6 du tableau 2).À l’aide d’un diagramme approprié, montrez que ces différentes roches appartiennent à une série magmatique que vous nommerez.Expliquez comment se développe une telle série magmatique.

Figure 2 - Liquidus et solidus anhydre d’une péridotite et géotherme moyen

7/7

DS BCPST1 - Caroline Escuyer - année 2015-2016