TP 1 Lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

La lithosphère est une enveloppe rigide qui repose « en équilibre » sur l’asthénosphère. On cherche à expliquer cet état d’équilibre. De plus on constate une dualité d’altitude entre océan et continent. La croûte continentale forme les terres émergées à l’inverse de la croûte océanique. (Les continents ont une altitude moyenne de +840 m alors que la profondeur moyenne des océans est de -3800 m).

Comment expliquer ces variations d’altitude et l’état d’équilibre de la lithosphère sur l’asthénosphère ?

I) Nature et densité des roches de la croute continentale

Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème

Exigences

1) Proposer une démarche d’investigation permettant de

comparer la nature et la densité des deux types de croûte.

Appeler le professeur pour vérifier votre proposition.

- Concevoir un protocole expérimental réalisable

Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables

2) Mettre en œuvre le protocole afin de déterminer la

densité, la texture et la composition minéralogique

de l’échantillon caractéristique de la croûte

continentale.

Appeler le professeur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide.

- Utilisation maîtrisée de l’outil de mesure - Rangement du matériel - Réalisation réglages - Utilisation objectifs et du dispositif polarisant - Centrage et identification correcte des minéraux - Microscope rendu prêt à l’emploi

Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer

3) Compléter le document fourni.

Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus

4) A l’aide des pages 144 et 145, expliquer en quoi le modèle

de Pratt pourrait être cohérent pour expliquer les différences

d’altitude observées entre la LC et la LO en ne tenant compte

que du facteur « densité des roches ».

Définir la « surface de compensation »

- Modèle proposé cohérent avec les données de densité

Transition : Les chaines de montagnes correspondent à un épaississement de la croute continentale= excès de masse. Des études gravimétriques ont permis de comprendre l’état d’équilibre de la Lithosphère sur l’asthénosphère. Doc Livre page 144 doc 1 : notion de gravité. Sur Terre, le poids d’un objet est lié la force qui résulte de l’attraction exercée par la Terre sur cet objet. Cette force dépend de l’intensité de la pesanteur terrestre (g= gravité) qui dépend elle-même de la masse de la planète. Gravimétrie (mesurée par un gravimètre) => étude de l’intensité de la pesanteur terrestre et de ses variations. Ainsi dans les régions montagneuses, on pourrait s’attendre à mesurer une valeur plus importante de la gravité, due à l’excès de masse rocheuse.

On constate, au niveau des chaines de montagnes des anomalies gravimétriques négatives (cf doc 2 p 144). Comment expliquer qu’un excès de masse entraine une pesanteur mesurée inférieure à la pesanteur théorique calculée ?

Le domaine continental est caractérisé par un certain nombre de relief. Or l’anomalie gravimétrique constatée au niveau du relief pourrait être expliquée par un remplacement du matériel mantellique dense par un matériel crustal moins dense. On émet l’hypothèse que l’excédent de masse (épaisseur de la croute) doit être compensé en profondeur : au niveau du manteau, par un déficit de masse.

II) Profondeur du Moho et épaisseur de la croûte continentale

Document ressource : De nombreux sismographes sont installés dans les Alpes. Ils enregistrent de nombreux

séismes. Sur certains enregistrements on observe la présence de 2 trains d’ondes P : les ondes directes et les

ondes PmP qui se sont réfléchies sur le Moho et atteignent la station d’enregistrement avec un retard :

Connaissant la vitesse moyenne de propagation des ondes dans la croute terrestre ( v=6,3 km/s), on peut calculer l’épaisseur de la croûte terrestre c’est-à-dire la profondeur du Moho (H) à partir de la propagation des ondes

sismiques. (Théorème de Pythagore)

Schématisation du trajet des ondes sismiques P et PmP :

F = foyer du séisme

F’ = point image de F

E = épicentre du séisme

S = station d’enregistrement du séisme

h = profondeur du foyer

H = épaisseur de la croute terrestre

(= profondeur du Moho) Δ = distance épicentrale (distance ES)

Etape 1 : On cherche à expliquer l’anomalie en démontrant un approfondissement du Moho au niveau des

Alpes. Proposer une démarche d’investigation permettant d’établir la profondeur du Moho au niveau des Alpes. Etape 2 et 3 : Fichier Excel à ouvrir dans Dossup

Etape 4 : Exploiter vos résultats et à l’aide de l’exercice 11 p 162 démontrer l’existence d’une racine crustale sous

une chaine de montagne.

➢ Bilan : Expliquer la notion d’ISOSTASIE en utilisant le modèle de Airy (à recopier p 145)

➢ A faire : ex 9 p 161

Ouvrir le logiciel SISMOLOG

➢ Déterminer, à l’aide du sismogramme enregistré dans la

station OG04 concernant le séisme du 09/03/1992 de la

Clusaz (Isère)

- la profondeur du foyer en km

- le retard δt en secondes des ondes PmP par rapport aux

ondes directes P

➢ Reportez vos résultats dans la feuille de calcul Excel.

➢ Reporter sur la carte proposée la profondeur du Moho sous

la chaine alpine

: reliez stations et épicentres pour chaque séisme et indiquez

dans chaque cas, la profondeur du Moho.

3 -

5 -

7 -

Carte de la région alpine

Carte d’identité de 4 roches de la lithosphère légendes :

Nom de la roche

Aspect œil nu

Lame mince : Composition minéralogique LPNA/LPA

Schéma d’observation

Texture Densité de la roche

Domaine représenté

Basalte

Roche sombre minéraux non visibles à l’œil nu

Verre volcanique

Phénocristaux : Olivine

Pyroxène Microlites : Feldspaths plagioclases

Pyroxène

Microlitique

2,9

Croute Océanique (CO)

Gabbro

Roche claire, minéraux visibles

Feldspaths plagioclases

Pyroxène

Olivine

Grenue

3

Croute Océanique (CO)

Péridotite

Roche sombre verte, minéraux visibles

Olivine

Pyroxène

Grenue

3,3

Manteau

Granite

Croute continentale (CC)

Olivine «Verre» Plagioclase

Pyroxène

Lame mince de basalte observée en LPA (G=x100)

Lame mince de Gabbro observée en LPA (G=x100)

Lame mince de péridotite observée en LPA (G=x100)