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Première Spécialité SVTChapitre 3 : la dynamique des zones de divergence
Nous allons zoomer sur les dorsales, leurs diversités, la formation des roches de ces secteurs, leurs transformations avec le temps et l’eau.
Activités livre Bordas 194-195 ; 196-197 ; 198-199 ; 200-201 ; 202-203
F Gaudry
Quel titre pour ce document?Quelles informations?De chiffres?
Correction
Distance des roches des fonds océaniques (basaltes) en fonction de l’âge (absolue et échelle magnétostratigraphique).On met en évidence des vitesses d’expansion différentes selon les dorsales.
Des rapides : Pacifique orientalDes lentes : atlantique nordDes intermédiaires : pacifique nord-est
Pacifique oriental : 140 Km en 3 millions d’années soit 4,66 cm par an donc expansion de 9,33 cm par an.Pacifique nord-est : 105 Km en 3 millions d’années soit 3,5 cm par an donc expansion de 7 cm par an.Atlantique nord : 30 Km en 3 millions d’années soit 1 cm par an donc 2 cm par an d’expansion.
140 Km
105 Km
30 Km
F Gaudry
Bordas page 188
3,1 ° de latitude soit 344,1 Km en 16 Ma soit 2,15 cm par an. C’est une dorsale lente.
Correction
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La structure d’une dorsale. Vous pouvez utiliser google earth et réaliser un trajet zoomé telle ou telle dorsale.
Activité pages 194-195
F Gaudry
Comparaison des deux types de dorsale à grande échelle.La dorsale atlantique forme un relief avec des bords concaves.La dorsale pacifique a un bombement convexe, formant une sorte de dôme. C’est un bombement thermique lié à l’activité géothermique sous-jacente. (cf. images en tomographies sismiques sous les dorsales vues avec le logiciel TOMOGRAPHIE SISMIQUE V2.)
F Gaudry
Atlantique
Pacifique
Comparaison des profils altimétriques pour deux types de dorsales mis à la même échelle de longueur et d’altitude.Les rectangles de couleur montrent les zones zoomées sur la diapositive suivante au niveau de l’axe des dorsales. Ces profils sont réalisés avec Google Earth, à savoir faire.
F Gaudry
L’axe de la dorsale lente montre une zone d’effondrement, c’est le fossé ou rift bordé de reliefs importants liés à des failles.
L’axe de la dorsale rapide ne montre une zone d’effondrement, mais un relief où s’épanchent les basaltes le long de fissures.
F Gaudry
F Gaudry
Notez la largeur plus importante pour la dorsale rapide, conséquence de l’importante bombement thermique.En s’éloignant de l’axe d’une dorsale lente on tombe plus rapidement dans la plaine abyssale.
• Failles normales délimitant le fossé d’effondrement, le rift.
• Mécanismes de déformation cassante en contexte de divergence.
• Une faille est un plan séparant un bloc effondré par rapport à un autre. Les failles normales sont typiques d’une tectonique en divergence symbolisée ici par les flèches qui s’écartent.
F Gaudry
• La lithosphère océanique est observable à certains endroits (failles de types transformantes, celles qui décalent perpendiculairement l’axe d’une dorsale) ou dans des chaînes de montagnes. Nous expliquerons leur présence en ces lieux.
• La superposition des roches est la même et on lui donne le nom de série ophiolitique.
• Les ophiolites doivent leur éthymologie à leur aspect « peau de serpent ».
• On trouve toujours, de bas en haut :
• - péridotites (plus ou moins altérées comme nous le verrons)
• - gabbros lités (car mis en place à la base de la chambre magmatique et les cristaux sédimentent)
• - gabbros orientés plus verticalement
• Des filons de basaltes au sein de gabbro car mis en place ultérieurement dans des gabbros refroidis. La bordure des filons fige le magma et on obtient une texture microlitique).
Activité pages 194-195
F Gaudry
http://christian.nicollet.free.fr/page/oman/oman.html
Pour en savoir plus sur les séries ophiolitiques et en particulier avec les affleurement d’Oman, les plus belles du monde.
Vous pourrez vous faire l’œil sur les roches, augmenter votre expérience à défaut de les voir en séance de TP.
F Gaudry
Le Chenaillet, vers Montgenèvre vu depuis sa face sud, avant son ascension.
Péridotite serpentinisée du Chenaillet.La serpentinisation est une forme d’altération que nous expliquerons dans quelques diapositives.Pour rappel, une péridotite non altérée ci-contre.
F Gaudry
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Métagabbro du Chenaillet altérés dans les faciès schistes verts. Nous expliquerons le terme de faciès métamorphique dans quelques diapositives ainsi que sa signification géologique.
F Gaudry
Des minéraux verts, initialement pas présents dans un gabbro sont nettement visibles ici.
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Contact entre des péridotites serpentinisées et les métagabbros. Ici, le manteau est dénudé!
• Le contact minéralogique ici peut correspondre au Moho sorti de son contexte. Néanmoins ici ce n’est pas tout à fait le cas même si sur le site, des panneau l’indiquent en tant que tel.
F Gaudry
Basaltes en filon dans gabbro du Chenaillet
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Basalte en filon dans gabbro du Chenaillet. Remarquez le contraste de texture (microlithique versus grenue lié à la mise en place et de la vitesse de refroidissement du magma). Rappel, ces deux roches ont la même composition chimique globale.
F Gaudry
Pillow lava, lave en coussin
F Gaudry
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• Pillow lava fendu. On voit bien sur la section la croûte très figée lors de son refroidissement violent dans une eau à 2°C par moins 3000 m de profondeur….ici nous sommes à 2000 m d’altitude.
• Cette bordure s’appelle cortex.
F Gaudry
Quelques fleurs dans cet univers minéral.
F Gaudry
pulsatile Linaire des Alpes
• Il y a décompression adiabatique des péridotites du manteau ascendant (c’est-à-dire décompression sans perte de chaleur) sous la dorsale..
• En suivant le géotherme sous la dorsale, les matériaux vont recouper le solidus dans un contexte de chaleur de l’ordre de 1250 °C/1500 °C à une profondeur de 80 à 20 Km.
• En rouge sur le schéma, cette fusion partielle de la péridotite va entrainer la formation d’un magma qui va rejoindre l’axe de la dorsale par des fissures liées à la distension. En refroidissant ce magma va soit engendrer des gabbros soit des basaltes.
La genèse d’un magma basaltique sous la dorsale.
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Le logiciel en ligne « presse à enclume de diamants » pour simuler le principe de fusion partielle en fonction de la température et de la pression.
• https://www.pedagogie.ac-nice.fr//svt/productions/enclumes/
Utilisez le logiciel pour construire le diagramme de phase (état en fonction de la pression et de la température)
Activité pages 196-197
F Gaudry
Activité pages 196-197
https://www.youtube.com/watch?v=DdIUuUY0L9c
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Arrêt du cours avec les 1ère Spé SVT1 au 6 juin 2020.
La suite : semaine du 8 juin 2020
F Gaudry
Les dorsales lentes Activité pages 198-199
F Gaudry
Alors que nous avons par le calcul des vitesses d’expansion mis en évidence deux types de dorsales, on peut voir aussi que morphologiquement elles présentent des aspects différents à relier avec cette vitesse (en parti vu précédemment).
Les stries marquées au fond sur ces dômes (de péridotites) sont liées aux frottements dus au déplacement perpendiculairement à l’axe de la dorsale.
Cours du 12 juin 2020
Activité pages 198-199
F Gaudry
Les dorsales lentes émettent moins de magma que les dorsales rapides. Les péridotites affleurent au fond de l’eau. Des lentilles de gabbros et/ou basaltes tapissent de ci de là le fond ne formant pas une pile ophiolitique traditionnelle.
Ce n’est pas la genèse de magma qui est à l’origine de la divergence mais ceci est une conséquence de l’écartement qui va entrainer par remontée du manteau une fusion partielle peu intense. Donc enlevez vous de la tête que c‘est la dorsale qui pousse latéralement les plaques.
Les péridotites à nu au fond de l’eau vont être hydratées. Des minéraux contenant des groupes (OH-) vont apparaître. C’est un métamorphisme faible dit dans le faciès des schistes verts (cf. les photos au Chenaillet et suivantes) qui entraine la serpentinisationdes péridotites (les serpentinites étant ces roches à aspect lisse et vert témoignant de ces conditions particulières au fond de l’océan..
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Métagabbro faciès schistes verts puis pillow lava au sommet
Péridotites serpentinisées
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• Les dorsales produisent du magma sporadiquement pour les dorsales lentes, plus régulièrement pour les dorsales rapides entrainant dans ce cas le phénomène d’accrétion océanique créant ainsi une croûte océanique.
• La formation de magma n’est pas la cause de l’écartement mais en ai une conséquence lié à l’amincissement crustal à l’aplomb de l’axe de la dorsale. En effet, comme vu avant, le Moho et l’asthénosphère remontent au niveau des dorsales.
• Les déformations associées sont des failles normales créant des reliefs et la dénudation des péridotites marquées par des stries de frottement perpendiculaires à l’axe de la dorsale.
• L’environnement marin va avoir une influence sur les roches une fois mises en place.
Les transformations des roches de la lithosphère océanique
https://www.youtube.com/watch?v=mXFIL1oD9fE
Activité pages 200-201
F Gaudry
Des fluides sortant entre 300 et 400°C
Fumeur noir présenté au salon de sainte marie aux mines en juin 2017. Echantillon prélevé par Eric Heinen De Carlo, professeur à Hawaï. Donné à l’école des mines de Paris.
On parle d’hydrothermalisme sous marin.Certaines concentration minérales sont issues de ce type de phénomène.Voir pour un gisement local mondialement connu : https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/mine-cuivre-Chessy.xml
Activité pages 200-201
F Gaudry
Les minéraux initiaux puis leur transformation, leur altération sont des témoins des conditions rencontrées par les roches.Les minéraux ont des domaines de stabilités précis dans des conditions de pressions et températures.
Le métamorphisme est l’ensemble des réactions ayant lieu à l’état solide pour une roche dans des conditions de pressions et températures.Dans un diagramme pression/température on défini des domaines de stabilité caractérisés par des associations minéralogiques et portant le nom de faciès métamorphiques (exemple : faciès des schistes verts où on trouve les minéraux chlorite + actinote + plagioclases formés à partir
Autre représentation des faciès métamorphiques avec les ordonnés allant vers le haut. La pression est directement liée à la profondeur. Trajet PTt (Pression/Température/temps) pour un
métagabbro de faciès schistes verts
Formation du métagabbro par refroidissement d’un maga basaltique.
Trajet.
Etat du métagabbro à actinote, plagioclases et chlorite .
Ces transformations du gabbro sont dues au changement de contexte de celui-ci au cours du temps
Etat du métagabbro à actinote, plagioclases et chlorite au sommet du Chenaillet.
Lien pourTectoglob3 et faire l’activité
L’évolution de la lithosphère océanique Activité pages 202-203
http://philippe.cosentino.free.fr/productions/tectoglob3d/
F Gaudry
Exemple méthode. A vous de faire et interpréter.
F Gaudry
F Gaudry
Exemple méthode. A vous de faire et interpréter.
F Gaudry
Axe de la dorsale
Plus on s’éloigne de la dorsale, plus il y a approfondissement de la limite lithosphère/asthénosphère. Donc épaississement de la lithosphère (rigide).
Activité pages 202-203
F Gaudry
L’hydratation des péridotite et le métamorphisme dans le faciès des schistes verts des gabbros vont modifier la densité des roches de la colonne de lithosphère océanique (croûte océanique sur manteau lithosphérique).
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âge en millions d'années
Profondeur de la lithosphère océanique en fonction de l'âge de la lithosphère océanique.
Série1
• Pour une dorsale lente, 2 cm.an-1 d’expansion donc 1 cm.an-1 soit 10 Km par millions d’années
• Pour une dorsale rapide, 9 cm.an-1 d’expansion donc 4,5 cm.an-1 soit 45 Km par millions d’années.
• Epaisseur de la lithosphère en fonction de la distance à la dorsale.
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Profondeur de la lithosphère océanique en fonction de l'âge de la lithosphère océanique.
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distance à la dorsale lente en Km
distance à la dorsale lente Km
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distance à l'axe de la dorsale rapide en Km
Profondeur de la lithosphère en fonction de la distance à la dorsale rapide
distance à la dorsale rapide
10092
655850
Distance à l’axe de la dorsale Km
Âge en Ma pour Dorsale lente 1cm.an-1
Âge en Ma pour Dorsale rapide 4,5 cm.an-1
30 30 6,6
40 40 8,8
50 50 11,11
100 100 22,22
120 150 26,66
L’évolution de la lithosphère océanique et les causes de l’entrée en subduction
Modélisation
Par refroidissement, l’épaisseur de la lithosphère augmente avec le temps depuis son éloignement à la dorsale.
Le refroidissement de la lithosphère océanique :
Au cours de son éloignement de l'axe de la dorsale, la lithosphère océanique s'hydrate et se refroidit. Ce refroidissement se traduit par un abaissement de l'isotherme 1300 °C qui représente la limite lithosphère asthénosphère: il s'ensuit un épaississement progressif de la lithosphère océanique par sa base, par adjonction d'une semelle de manteau froid et lourd.Une colonne de lithosphère de hauteur H, est constituée d'une croûte océanique d'épaisseur constante hco = 5 km et d'une semelle de manteau lithosphérique d'épaisseur (H -hco) variable suivant son âge. La masse ML d'une colonne de lithosphère océanique, de surface égale à 1 m2 est donc égale à ML =ρco hco + ρML (H - hco) avec :
ρco = masse volumique de la croûte océanique = 2,85. 103
kg/m3
ρML = masse volumique du manteau lithosphérique = 3,3. 103 kg/m3
hco = épaisseur de la croûte océanique = 5000 mH = épaisseur totale de la lithosphère océanique = 9,2 (âge) 1/2; H est exprimée en mètres et l'âge en années.
La masse MA de la colonne d'asthénosphère sous jascente, ayant la même surface et la même hauteur H que la colonne lithosphérique, est égale à MA = ρA. H avec :ρA = masse volumique de l'asthénosphère = 3,25. 103 kg/m3
Résumé :Quand est-ce qu’une colonne de lithosphère océanique a la même
masse puis dépasse celle d’une colonne de même dimension
d’asthénosphère?
La hauteur H de la lithosphère océanique augmente avec l’âge.
Avec Excel
Calculez la densité de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère en fonction de leur
âge. N’oubliez pas de calculer la distance à la dorsale en fonction de l’âge.
Vous considérerez de la lithosphère océanique produite par une dorsale rapide (demi-vitesse
d’écartement de 9 cm.an-1) et âgée de 2, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 80 et 100 millions d’années.
On donne :
- pour la croûte océanique : épaisseur : 7 km ; densité : 2.9.
- densité du manteau lithosphérique : 3.3 et du manteau asthénosphérique : 3.25.
- épaisseur totale de la lithosphère océanique (en km) : 9.2 x â𝑔𝑒 (âge en millions
d’années).
Réaliser un tableau Excel incorporant vos résultats (penser à automatiser les formules) puis
les mettre en forme.
Détermination graphique de l’âge et de la distance à la dorsale lorsque les densités de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère sont identique.
Case B2 =90*B1 car 9.10-5 (cm km) * 106 (millions d’années) * B1 = 90*B1 et étirer
Case B4 =(9,2*RACINE(B1)-7) car épaisseur du manteau lithosphérique = épaisseur totale de
la lithosphère – épaisseur de la croûte océanique et étirer.
Case B5 : =((2,9*7)+(3,3*B4))/(7+B4) car densité globale de la lithosphère océanique =
(masse de la croûte océanique + masse du manteau lithosphérique) / épaisseur totale de la
lithosphère océanique et étirer.
Case B6 : 3.25 car densité du manteau asthénosphérique constante et étirer.
Détermination graphique de l’âge et de la distance à la dorsale lorsque les densités de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère sont identique.
B
123456
3,05
3,10
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den
sité
âge en Ma
évolution de la densité en fonction de l'âge
Densité de la lithosphère océanique
Densité de l'asthénosphère
3,05
3,10
3,15
3,20
3,25
3,30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
den
sité
distance en Km
Evolution de la densité en fonction de la distance à l'axe de la dorsale (rapide)
Densité de la lithosphère océanique
Densité de l'asthénosphère
Détermination graphique de l’âge et de la distance à la dorsale lorsque les densités de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère sont identique.
Résultats graphiques
Carte géologique du monde où l’on voit l’âges des fonds océaniques , leur éloignement par rapport aux dorsales et leur entrée ou non en subduction, donc suite à la déstabilisation de l’équilibre isostasique de la lithosphère océanique sur l’asthénosphère.
• Les dorsales génèrent de façon plus où moins continue la lithosphère océanique.
• L’eau dans les fractures, l’hydrothermalisme et le temps engendrent des modification de la lithosphère océanique : sa densité et son épaisseur changent.
• La lithosphère océanique amorce la subduction suite au déséquilibre isostasique lié à son vieillissement. L’isostasie étant les forces d’équilibre entrainant des réajustement verticaux des enveloppes de la Terre.
• La densité globale de la lithosphère océanique dépasse celle de l’asthénosphère vers 40 Ma mais la subduction aura lieu plus tard car des forces de résistance latérale la maintiennent.
• On se situe à ce moment là à 3500 Km de la dorsale (rapide).
1 - De quelques kilomètres à une centaine de kilomètres Epaississement de la lithosphère qui se refroidit, associé à l'enfoncement de l'isotherme 1350°C de part et d'autre de la dorsale et à l'accumulation sédimentaire sur la croûte.
2 – l’équilibre d’une asthénosphère avec une croûte + manteau lithosphérique (7+E)3,25 = 7x2,8 + 3,3xE on trouve E =63 km
2 b - 63=9,2 ÷ racine de 𝑥 =t d'où t = 47 Ma environ
2 c - phénomène de subsidence et éventuellement de subduction si rupture.
Les transformations minéralogiques et le temps entrainent un épaississement de la lithosphère océanique par approfondissement de l’isotherme 1300 °C en dessous duquel se trouve l’asthénosphère.A partir d’un moment, la colonne lithosphérique aura une densité globale supérieure à celle de l’asthénosphère sur laquelle il repose ce qui entraine un enfoncement de la lithosphère et la formation des plaines abyssales. Si l’équilibre est rompue la lithosphère va s’enfoncer dans l’asthénosphère et va couler! C’est l’amorce d’un phénomène de subduction qui va entrainer avec lui toute la lithosphère jusqu’au niveau de la dorsale.
Suite….
Nous voyons qu’une dynamique est amorcée.
Qu’advient-il de cette lithosphère qui s’enfonce dans l’asthénosphère?
Quelles conséquences?
