1 spe dynamique interne de la Terre 1 SVT

Chapitre 1 : La structure interne du globe

OBJECTIFS:- - connaitre les différences géologiques entre les croutes terrestres - comprendre l'intérêt des études sismologiques pour la structure interne - connaitre les caractéristiques des enveloppes du globe

Chapitre 2 : La dynamique de la lithosphère

Les échanges de chaleur au sein des enveloppes

Je m'entraine

je révise

cycle des roches

replace les roches sur le schéma

roches mantelliques

roches métamorphiques

roches sédimentaires

roches magmatiques volcaniques

roches magmatiques plutoniques

A la découverte des croutes terrestres

connaitre les différences géologiques des croutes terrestres

atelier 4

atelier 3

atelier 1

atelier 2

dépot de votre travail

COURS

Les apports des données sismiques

comprendre l'intérêt des études sismologiques pour la structure interne du globe

bilan

partie 1

partie 2

aide

atelier

bilan

tp

exercice

COURS

Les différentes enveloppes du globe

TP

je vérifie si j'ai compris

QUIZ 1 ET 2

COURS

Les modes de transfert de chaleur au sein du globe

Partie B : présentation et interprétation des résultats, poursuite de la stratégie et conclusion.

partie A : Appropriation du contexte et activité pratique

introduction

je vérifie si j'ai compris

RESSOURCES

COURS

Mesures du déplacement des plaques lithosphériques

atelier 1

atelier 2

Mesures du déplacement des plaques lithosphériques

questions réponses

rappel : la lithosphère

atelier 3

atelier 4 : Les information s liées à l'alignement volcanique des îles Hawaii

bilan

bilan

Méthode de calcul de la direction des plaques selon les vecteurs des balises

Les zones de divergence

questions réponses

rappel : la lithosphère

TP mise en place de la lithosphère océanique

TP évolution de la lithosphère océanique

Les zones de convergence

rappel : la lithosphère

QCM

TP

Analyser les résultats de différentes méthodes pour identifier le plan de Wadati-Benioff. - Relier la minéralogie des roches (présence de minéraux hydroxylés) mises en place (andésite, rhyolite, granites) et l'état d'hydratation du magma. - Utiliser le diagramme de phases des péridotites pour montrer les effets de l’hydratation. - Comparer la minéralogie d'échantillons illustrant la déshydratation de la lithosphère (schiste bleu ; éclogite) - Discuter les relations entre vitesse d’accrétion et pourcentage de subduction aux frontières de plaques. - En considérant la densité moyenne de la lithosphère et celle de l’asthénosphère, déterminer l’épaisseur et l’âge de la lithosphère qui induiraient un déséquilibre gravitaire. Confronter les valeurs aux situations réellement observées

PARTIE 2 ...qui s'explique par des différences de températures 1) .A l’aide des documents 3 , proposer une stratégie de résolution reposant sur l'exploitation des données sismologiques au voisinage de la fosse des Tonga et permettant de montrer que la lithosphère est un matériau plus froid que l'asthénosphère. 2) A l’aide du logiciel Tectoglob3D, réaliser une coupe tomographique perpendiculaire à la fosse des Tonga. Vous veillerez à choisir le modèle tomographique le plus adapté (GAP-P4 ou S362-ANI) et à choisir une profondeur maximale de 2900 km. 3) Insérer la coupe obtenue dans le compte-rendu et l’annoter avec les informations manquantes pour lui donner du sens (à l'aide de la légende et du doc. 2). 4) A l’aide du document 3, exploiter la coupe tomographique complétée pour montrer que la lithosphère est un matériau plus froid que l'asthénosphère. 5) A l'aide des résultats obtenus, construire un tableau comparant les caractéristiques de la lithosphère et de l'asthénosphère.

doc 3

document aide : résultats expérimentaux

bilan seance 1

il existe 2 croûtes terrestres : la croûte océanique dont l'altitude moyenne est de -3800 m et la croûte continentale dont l’altitude moyenne est de +840m Les croûtes terrestres ne sont pas composées des mêmes roches. - la croûte océanique est constituée de roches magmatiques ( c’est-à-dire des roches issues du refroidissement et de la solidification d’un magma) : basalte, gabbro - la croûte continentale présente une grande diversité de roche en surface : des roches magmatiques (plutoniques et volcaniques) , sédimentaires et métamorphiques. En revanche en profondeur le granite est donc la roche la plus représentative de la croûte continentale. Le contraste croûte océanique et croûte continentale se retrouve donc dans la nature des roches, ainsi que dans leur densité ce qui explique les différences de propagation de vitesse des ondes sismiques.

Une observation inattendue

En 1964, trois sismologues américains, J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes, examinent l'activité sismique au niveau de la fosse des îles Tonga, dans le Pacifique. Ils enregistrent les ondes sismiques produites par un séisme profond dont l'épicentre se trouve à égale distance des stations sismiques Fidji et Tonga. Ils observent que les ondes P parviennent à la station Tonga deux secondes plus tôt qu'à la station Fidji.

Formule un problème sous la forme "on cherche à "et propose une hypothèse à l'aide de tes connaissances

document aide : résultats expérimentaux

Retour au globe terrestre : Les anomalies thermiques du manteau. La tomographie sismique permet d'identifier des variations de température (anomalies thermiques) à l'intérieur du globe, à partir des variations de vitesse des ondes sismiques par rapport au modèle PREM. En traversant les zones froides, plus rigides, les ondes sismiques sont accélérées alors qu'au niveau des zones plus chaudes, moins rigides, moins denses, les ondes sont ralenties. a. Ouvrez "Tectoglob 3D b. afficher la tomographie sous de la région d’Hawaï (milieu du pacifique) Décrire l'évolution des vitesses des ondes à cet endroit. c. Formulez une hypothèse qui expliqueraient ces anomalies. d. Montrez que le manteau terrestre n’est pas homogène.

DOCUMENT 1 Le comportement mécanique des roches Lorsqu'un matériau est soumis à des contraintes mécaniques, il peut se déformer plus ou moins rapidement, ou bien casser. On distingue ainsi le comportement de deux types de matériaux : - les matériaux rigides : soumis à des contraintes, ils sont résistants à la déformation et accumulent lentement de l'énergie jusqu'à casser. Leur rupture est à l'origine de séismes et libère des ondes sismiques ; - les matériaux ductiles : soumis à des contraintes, ils se déforment rapidement sans jamais rompre. Ils ne peuvent donc pas générer de séismes.

Pour cela, on se propose d'exploiter les données sismologiques récoltées au voisinage des fosses océaniques, comme la fosse des Tonga (-27°SN ; -175°E) PARTIE 1 Une différence de comportement mécanique... 1) A l’aide du logiciel Tectoglob3D, tracer une coupe perpendiculaire à la fosse des Tonga (menu-Actions) présentant la répartition des foyers sismiques en profondeur. 2) Insérer le document obtenu dans un fichier compte-rendu et l’annoter pour lui donner du sens. 3) A l'aide du document 1, décrire et exploiter la coupe obtenue pour montrer que la lithosphère est caractérisée par un comportement rigide, contrairement à l'asthénosphère qui est ductile. Repérer sur votre coupe la lithosphère plongeante, l'asthénosphère et la lithosphère chevauchante. 4) A l’aide du document 2, formuler une hypothèse expliquant la différence de comportement mécanique entre lithosphère et asthénosphère

doc 1

doc 2

– La discontinuité de Gutenberg, limite entre le manteau et le noyau. Dès 1912, Beno Gutenberg a mis en évidence une zone d’ombre sismique : entre 105° et 143° de distance angulaire à l’épicentre, aucune onde P n’est enregistrée. Il l’a expliqué en introduisant dans le modèle une seconde discontinuité majeure à 2 900 km de profondeur, séparant deux milieux aux vitesses de propagation très différentes. Cette discontinuité, appelée discontinuité de Gutenberg, représente la limite entre le manteau et le noyau. – La discontinuité de Lehmann, limite entre le noyau externe et le noyau interne. En 1936, Inge Lehmann, une sismologue danoise, découvre que la zone d’ombre sismique n’est pas entièrement « muette » : on y observe en fait, bien plus tard après le déclenchement du séisme, l’arrivée d’ondes P très faibles. Lehmann l’a expliqué en introduisant dans le modèle une troisième discontinuité au sein du noyau, qui réfléchit en partie les ondes P. Nommée discontinuité de Lehmann, elle représente la limite entre le noyau externe et le noyau interne (graine). Elle est située à 5100 km de profondeur. -Le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model). En 1981, Dziewonski et Anderson publient un modèle sismique de la Terre appelé PREM (Preliminary Reference Earth Model). Ce modèle propose un profil d’évolution de la vitesse de propagation des ondes sismiques et de la densité en fonction de la profondeur. C’est un modèle à une dimension qui considère qu’à une profondeur donnée, les paramètres sont identiques en tout point de la Terre (symétrie sphérique). Il intègre les résultats de multiples travaux de recherches : de nombreux sismogrammes, des données de physique expérimentale, des calculs…Il a permis de proposer un schéma de la structure interne de la Terre

Les différents types de transfert: doc 1 :Dans un système, l’énergie thermique (chaleur) peut être transférée selon 2 modes : - La conduction (à gauche) est un mode de transfert thermique sans mouvement macroscopique de matière. La chaleur est transférée par vibration des atomes, de proche en proche. C’est ce qui réchauffe le fond métallique d’une casserole quand on la pose sur une plaque chauffante. - La convection (à droite) est un mode de transfert thermique avec mouvement macroscopique de matière. La matière chaude, moins dense que la matière froide, s’élève dans le système puis finit par refroidir à son tour. Devenant alors plus dense que la matière chaude, elle retombe par gravité. C’est ce qui arrive à l’eau contenue dans une casserole chaude.

Partie 1 Remplir d’eau le bécher , y plonger 2 cuillères de crozet Allumer le réchaud électrique Observer - Réaliser le schéma légendé de la modélisation Déduire le type de transfert de chaleur

PARTIE 2 on cherche à explique le ralentissement des vitesses en dessous de 100 km de profondeur 1) A l’aide du document 3, proposer une hypothèse pour expliquer le ralentissement des ondes. On cherche à vérifier si sous la lithosphère il y a un matériau plus chaud. 2) A l’aide du logiciel Tectoglob3D, réaliser une coupe ( MENU ACTIONS- Tracer une coupe) au milieu du pacifique. Dans données affichées, choisir tomographie sismique Modèle S362-ANI Décrire et interpréter le résultat. Compléter votre schéma en indiquant la limite entre le manteau supérieur et inférieur recopie le bilan et complète le schéma avec asthénosphère.

doc 3

1. je découvre les ondes sismiques

relève les différents types d'ondes sismiques, quelles sont les plus rapides?

2.Les informations données par les ondes

Plus une roche est dense, plus la propagation y est rapide. Chaque roche ayant sa propre densité, on a pu établir en laboratoire une échelle reliant la vitesse des ondes et la nature des roches. Ainsi en calculant la vitesse des roches , les scienctifiques ont puen déduire leur localisation et épaisseur. Chaque changement brutal de vitesse correspond à un changement de roche.

Montre que la croûte terrestre n'a pas la même épaisseur sous les continents et sous les océans et qu’elle repose sur une couche de roche plus dense. Détermine de quelle roche il s’agit.

aide

vitesse des ondes et matériau

récupère le schéma à compléter

badge argumenter

Ce que je dois faire pour réussir : Communiquer sur ses démarches, ses résultats et ses choix, en argumentant. je mets en évidence ma démarche en organisant ma réponse avec des mots clés : on cherche à , on voit, on sait, on en déduit j’ai utilisé du vocabulaire scientifique : discontinuité, propagation des ondes sismiques j’ai fait des liens entre les données observées/ recueillies et le problème à résoudre

problématique

En utilisant les données de la sismologie, combinées aux apports des études de laboratoire sur les caractéristiques physiques des minéraux terrestres soumis à haute pression et haute température (études en cellules à enclume de diamant), on peut modéliser l'évolution de la température avec la profondeur.( voir graphique ci -dessous) Cette température interne provient d’un dégagement de chaleur par la terre . Après avoir étudié les deux modes de transferts thermiques, on se propose de déterminer quels sont les types de transferts thermiques réalisés au niveau des différentes enveloppes de la Terre.

Les anomalies thermiques du manteau au niveau d'une dorsale . décrire le flux géothermique en surface au niveau des dorsales La tomographie sismique permet d'identifier des variations de température (anomalies thermiques) à l'intérieur du globe, à partir des variations de vitesse des ondes sismiques par rapport au modèle PREM. En traversant les zones froides, plus rigides, les ondes sismiques sont accélérées alors qu'au niveau des zones plus chaudes, moins rigides, moins denses, les ondes sont ralenties. a. Ouvrez "Tectoglob 3D b. afficher la tomographie sous la dorsale atlantique Nord Décrire l'évolution des vitesses des ondes à cet endroit. c. Formulez une hypothèse qui expliqueraient ces anomalies.

Une observation inattendue

En 1964, trois sismologues américains, J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes, examinent l'activité sismique au niveau de la fosse des îles Tonga, dans le Pacifique. Ils enregistrent les ondes sismiques produites par un séisme profond dont l'épicentre se trouve à égale distance des stations sismiques Fidji et Tonga. Ils observent que les ondes P parviennent à la station Tonga deux secondes plus tôt qu'à la station Fidji.

Formule un problème sous la forme "on cherche à "et propose une hypothèse à l'aide de tes connaissances

EXERCICE LIEN ENTRE MATÉRIAU - VITESSE DES ONDES SISMIQUES ET MODÈLE DE LA STRUCTURE DE LA TERRE Mettre en relation les informations apportées par les documents et vos connaissances afin de déterminer une zone particulière dans la structure du globe vers 200 km de profondeur.

Partie B : Présentation et interprétation des résultats, poursuite de la stratégie et conclusion. Présenter et traiter les résultats obtenus Exploiter les données : Exploitez les résultats obtenus pour en déduire quel est le mécanisme de transfert de chaleur le plus efficace. Sachant que le gradient thermique (C°/km) est le rapport entre la variation de température entre deux points et la distance entre ceux-ci, déterminer si un transfert efficace est associé à un fort gradient ou à un faible gradient. A partir de l’exploitation du graphique dans le globe terrestre, en déduire le mode de transfert thermique principal de chaque enveloppe de la Terre. En déduire des définitions thermiques de la lithosphère et de l’asthénosphère. (Ra)

EXERCICE LIEN ENTRE MATÉRIAU - VITESSE DES ONDES SISMIQUES ET MODÈLE DE LA STRUCTURE DE LA TERRE Mettre en relation les informations apportées par les documents et vos connaissances afin de déterminer une zone particulière dans la structure du globe vers 200 km de profondeur.