TP-TD5 (2023-2024)- Voyage vers les zones de divergence

TP-TD 5

By S.LAUCHAS et L.PEYRUCHAUD

Vous allez découvrir en détail les caractéristiques des frontières en divergence que sont les dorsales océaniques.

Voyage vers les zones de divergence

BILAN

4- Les transformations subies par la toute jeune lithosphère océanique au contact de l'eau de mer

3- L'origine du magma produit au niveau d'une dorsale océanique

2-La mise en place d'une dorsale océanique

1-Qu'est-ce qu'une dorsale océanique?

Sommaire

Cette carte du monde montre les principales plaques tectoniques, les dorsales océaniques sont indiquées par des traits noirs et les flèches rouges représentent le louvement de divergence des plaques de part et d'autre de la dorsale

Les dorsales océaniques sont des chaînes de montagnes sous-marines. Elles s'étendent sur une longueur totale de plus de 65.000 km. Au niveau d'une dorsale, deux plaques lithosphériques s'écartent l'une de l'autre permettant la mise en place d'une nouvelle lithosphère océanique par l'ajout constant de magma dans les espaces laissés libres par la divergence des plaques.

1- QU' EST-CE QU' UNE DORSALE OCEANIQUE ?

Avant la mise en place d'une dorsale océanique, préexiste un domaine qui est totalement continental. La vidéo "rift" ci-contre vous permettra de comprendre les étapes menant à la formation d'une dorsale océanique.

2- LA MISE EN PLACE D'UNE DORSALE OCEANIQUE

Expérience

Documents

e- La remontée du magma et la formation des roches de la CO

Document

d- La fusion partielle des péridotites de l'asthénosphère

c- Une expérience en laboratoire

Document

b- Suivi des isothermes au niveau d'une dorsale

Isotherme, Lithosphère

a- Rappel définition

3- L'ORIGINE DU MAGMA PRODUIT AU NIVEAU D'UNE DORSALE OCEANIQUE

Une expérience en laboratoire

Presse à enclume de diamant : En labo, on expose une péridotite du manteau à différentes conditions de pression et de température et on note son état (Solide, Partiellement fondu (liquide +solide), Liquide). 1. Accéder au logiciel ci-contre 2. Choisir la péridotite sèche (= péridotite asthénosphérique au niveau d'une dorsale) 3. Régler les paramètres de pression et de température pour une péridotite asthénosphérique classique (1370°C et 4 GPa). Observer et noter l'état de la péridotite dans ces conditions. 4. Baisser progressivement la pression(tout en gardant constante la température) jusqu'à atteindre la pression de 1 GPa. Observer et noter l'état de la péridotite dans ces nouvelles conditions. Après de nombreuses expérimentations qui consistent donc à faire subir différentes conditions de pression et de température à une péridotite du manteau, on peut alors construire le graphique ci-contre. L'étudier attentivement pour voir si vous le comprenez...

On définit 3 domaines dans lesquels la péridotite change d'état: domaine SOLIDE / domaine LIQUIDE + SOLIDE / et domaine LIQUIDE, chacun délimité par une droite. Le domaine LIQUIDE + SOLIDE correspond au domaine de pression et de température dans lequel la roche fond partiellement; la partie liquide ainsi formée est appelée MAGMA.

Diagramme de Pression-température d'une péridotite sèche obtenu en laboratoire.

->Conclure en expliquant l’origine du magma produit au niveau d’une dorsale océanique

-> Repérer l'état de la péridotite de l'asthénosphère à une profondeur initiale de 200km et décrire les changements de température, de pression et d'état que subit la péridotite de l'asthénosphère au cours de sa remontée à l'axe de la dorsale de la dorsale.

On cherche toujours à comprendre d'où provient le magma (roche sous forme liquide) qui se forme à l'axe de la dorsale

RAPPEL : L'asthénosphère est composée de PERIDOTITE. De plus selon les isothermes relevées au niveau d'une dorsale, la péridotite asthénosphérique subit au cours de sa remontée une diminution de pression sans réel changement de température: on parle de décompression adiabatique.

Sur le diagramme pression-température obtenu à partir des expériences faites en laboratoire sur la péridotite sèche, on y reporte le trajet que subit la péridotite asthénosphérique au cours de sa remontée sous l'axe de la dorsale = courbe rouge.

On a vu que les forces de divergences qui s'exercent au niveau de la dorsale entrainent un amincissement de la lithosphère qui s'accompagne d'une remontée de l'asthénosphère.

Besoin de vérifier quelque chose ?

4- LES TRANSFORMATIONS SUBIES PAR LA TOUTE JEUNE LITHOSPHERE OCEANIQUE AU CONTACT DE L'EAU DE MER

Diagramme pression température

Analyse minéralogique

Etude de quelques roches de la CO

Hydrothermalisme

Le gabbro se transforme alors en métagabbro et le basalte en métabasalte.

• Un métagbbro faciès amphibolite et la lame mince correspondante + planche d'identification à l'oeil nu des minéraux + planche d'identification au microscope polarisant.

Repérer les 2 minéraux caractéristiques de ce métagbbro à l'oeil nu et au microscope polarisant M'appeler pour vérification

A votre disposition pour observation:

Nous n'étudierons que le devenir d'un tout jeune gabbro mais les transformations observées pour cette roche sont les mêmes pour un tout jeune basalte.

Dès lors qu'elles sont formées à l'axe des dorsales, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à l’hydrothermalisme qui met en contact leurs minéraux avec l'eau de mer. Ainsi placées dans de nouvelles conditions de température, les minéraux de ces roches subissent des modifications. Ces transformations à l'état solide de la roche qui résultent de nouvelles conditions de pression et/ou de température sont appelées métamorphisme (lire attentivement doc ci-contre)

Voici donc 3 roches que l'on retrouve de plus en plus éloignées de la dorsale avec leur composition minéralogique: - gabbro dont les minéraux sont: feldspath plagioclase, pyroxène (+olivine) - métagabbro faciès* amphibolite dont les minéraux sont: feldspath plagioclase, amphibole hornblende, pyroxène relique - métagabbro faciès* schistes verts dont les minéraux sont: feldspath plagioclase, chlorite, actinote, pyroxène relique

* Un faciès est une association de minéraux qui varie selon les conditions pression-température et donc selon la profondeur à laquelle se situe la roche.

Consigne: à partir des observations précédentes et des données ci-dessus, trouver, sur le diagramme ci-contre, l'emplacement des 2 métagabbros étudiés (le gabbro y est déjà positionné) : métagabbro faciès amphibolite et métagabbro faciès schistes verts et y positionner leur nom sur votre fiche de TP-TD . Puis matérialiser par une flèche l'évolution pression /température subi par le tout jeune gabbro qui s'éloigne de la dorsale pour donner naissance à ces 2 métagabbros.

Diagramme Pression-température de différentes associations minéralogiques

En laboratoire, il est possible de soumettre des associations de minéraux à des pressions et des températures comparables à celles qui règnent dans la lithosphère. Ce sont ces expériences qui montrent que si deux minéraux voisins dans la roche, jusqu'alors stables, sont placés dans de nouvelles conditions de pression et/ou de température, ils vont alors réagir entre eux tout en restant à l'état solide et donner naissance à de nouveaux minéraux stables dans ces nouvelles conditions. Ces lentes transformations à l'état solide sont appelées réactions métamorphiques.En voici quelques exemples:

E. Les deux types de dorsales...

Le manteau, y est moins chaud et la fusion y est donc plus faible et intermittente. Le volume magmatique produit est donc moindre. Cependant, entre 2 phases de production magmatique, la lithosphère reste soumise à une divergence qui la découpe, l'amincit et permet éventuellement la dénudation tectonique du manteau lithosphérique le long de failles de détachement ou de failles normales. Les péridotites remontent donc le long de ces surfaces incurvées.Des circulations hydrothermales (circulation souterraine d'une eau chaude, chargée en minéraux dissous) hydratent alors les péridotites qui deviennent serpentinisées: là encore il s'agit de métamorphisme hydrothermal !!

Quelques particularités d'une dorsale lente

Consignes- Comparer le % d'hydratation de ces deux roches ainsi que leur masse volumique - Justifier que l'hydratation favorise l'éxhumation du manteau (remontée des roches vers la surface)

Caractéristiques de la péridotite

Caractéristiques de la serpentinite

La péridotite serpentinisée (= serpentinite) , une roche caractéristique des dorsales lentes

Besoin de vérifier ?

E. Les deux types de dorsales...

POUR FINIR...

L'isotherme 1300°C à 1000km de la dorsale se situe à une profondeur de .......... et à l'axe de la dorsale (= 0km) il se situe à une profondeur de ......... Or nous savons que l'isotherme 1300°C correspond à ..... On peut donc en déduire qu’à l’axe de la dorsale.....

-> Comparer la profondeur de l’isotherme 1300°C à 1000km de la dorsale et à l’axe de la dorsale puis déduire ce qui se produit à l’axe de la dorsale en faisant appel à vos connaissances ? -> Sur le document ci-dessus, colorer différemment lithosphère et asthénosphère.

L'axe central d'une dorsale est parsemé de nombreuses fractures et fissures; ce sont des "failles normales" qui sont générées par des forces divergentes à ce niveau.

Les missions d'exploration des fonds océaniques au voisinage des dorsales ont révélé une intense circulation d'eau à travers la jeune lithosphère océanique: cela constitue l'hydrothermalisme océanique (échanges thermiques et chimiques). Cette circulation va refroidir les roches qui constituent la lithosphère et entraîner des réactions au sein des minéraux qui les constituent.Ainsi, plus la lithosphère s'éloigne de la dorsale, plus elle est hydratée et plus elle refroidit

Ouvrir le logiciel minusc et demander un protocole

Comparons le pourcentage d'hydratation de 3 minéraux qui appartiennent aux 3 roches précédemment étudiées: un pyroxène = l'augite // la chlorite // une amphibole = l'hornblende.

Minusc

Pour rappel, la circulation d'eau de mer dans la jeune lithosphère océanique entraine une modification des minéraux qui composent les roches de cette lithosphère. Ainsi le métamorphisme hydrothermal est à l'origine de l'apparition de minéraux de plus en plus hydratés au fur et à mesure que les roches de la lithosphère océanique s'éloigne de l'axe de la dorsale. Il est possible de définir le pourcentage d'hydratation de différents minéraux à l'aide d'un logiciel: