Composition pétrologique et chimique du globe - TP/TD Posté le 04 janvier 2004 à 23:40 par FB  -  Info Auteur A- \ A+ \ Ao  ( Vous pouvez afficher/masquer les blocs droits en cliquant sur l’icône   )

A partir de données directes (échantillons, analyses chimiques, etc.) et indirectes, on se propose de dégager quelques caractéristiques importantes de la composition des enveloppes internes du globe. (croûte, manteau, noyau)

Un TP à améliorer. (J'attends vos commentaires)

mod. 1 : Des roches accessibles et représentatives de la croûte et du manteau

Croûte continentale, croûte océanique et manteau différent par la vitesse de propagation des ondes sismiques qui les traversent (TP 18) mais aussi par les roches qui les composent. Bien que diverses, on peut considérer que trois d'entre-elles sont respectivement caractéristiques de ces trois milieux. Aussi, cette étude portera sur :

un granite, pour la croûte continentale;
un basalte ou un gabbro (même composition) pour la croûte océanique;
une péridotite pour le manteau. (seul le manteau supérieur est accessible)

Matériel à disposition : - Échantillons macroscopiques des trois roches.
- Lames minces de ces trois roches.
- Microscope polarisant.
- Clé de détermination des minéraux. (livre ou autre)
- Composition chimique de ces mêmes minéraux. (idem)
Questions :

Q1 : Construire un tableau permettant de consigner, pour chacune des trois roches :

- Les caractéristiques générales de l'échantillon. (couleur, aspect, etc.)
- La texture. (totalement cristallisée ou non, c'est à dire : cristaux + verre)
- La composition minéralogique.
- Les éléments chimiques constitutifs des minéraux présents.

Q2 : A l'aide du tableau, indiquer les huit éléments chimiques majeurs constitutifs de ces roches.

Q3 : Rédiger une conclusion comparative sur les compositions pétrologiques, minéralogiques et chimiques entre croûte continentale, croûte océanique et manteau.

Rq : Très importantes par ailleurs, les roches sédimentaires, représentant environ 7 % des roches crustales, ne sont pas prises en considération ici car, à l'échelle du globe, leur masse n'équivaut plus qu'à 0,05 % de la masse totale.


Mod. 2 : Composition des couches profondes

1) Un premier argument : l'étude des densités

Q4 : A l'aide du matériel à disposition (balance, bécher, ficelle, seringues), déterminer la masse volumique (r) de votre échantillon de péridotite ainsi que celle de l'un des échantillons de roche crustale. (granite ou basalte)

Q5 : Mettre en relation vos résultats avec la variation de vitesse des ondes sismiques au niveau du Moho. (TP 18)

Q6 : La densité moyenne du globe terrestre est de 5,5. Le manteau, de densité moyenne quatre et demi, représente 84 % de son volume et le noyau 15 %. En déduire la densité de ce dernier. (on négligera le 1 % restant)

Q7 : A partir du tableau ci-dessous, identifier des compositions possibles du noyau terrestre.

Élément chimique / Masse volumique (kg.dm-3)
Cr / 7 à 9,5
Na / 1 à 2
Cu / 8,5 à 12,5
Al / 3 à 4,5
Fe / 9,5 à 12

Rq : La masse volumique augmente avec la pression, donc avec la profondeur. (TP 18, 19)

2) Un autre argument : l'étude des météorites

Les données actuelles permettent de dire que la Terre s'est formée entre - 4,6 et - 4,5 Ga par accrétion de météorites. La "boule en fusion" ainsi produite s'est ensuite différenciée en couches concentriques, formant l'une des planètes solides du système solaire. La composition chimique globale de la Terre est donc identique à celle des météorites qui l'ont formée. Ainsi, l'étude de telles météorites renseigne sur la composition chimique du globe terrestre, notamment les plus nombreuses d'entre elles (> 85 %), appelées chondrites.

Le tableau ci-dessous donne les proportions de divers éléments chimiques de la Terre globale (c.à.d. dans son ensemble), de certaines de ses enveloppes et des météorites chondritiques :


Proportions (%) / Terre globale / Croûte et manteau / Chondrites
O / 30 / 40 / 30
Si / 17 / 23 / 18
Al / 1 / 1 / 2
Ca / 1 / 2 / 3
Mg / 18 / 23 / 14
Fe / 26 / 4 / 28
Na / 0,5 / 0,5 / 0,5
K / 0,5 / 0,5 / 0,5
Autres (Ni, H, Cu,…) / 6 / 6 / 4


Q8 : A partir de ces données, déterminer une composition chimique probable du noyau terrestre.


3) Un autre argument : l'étude de la propagation des ondes sismiques

Rq : Il est rappelé que la vitesse des ondes dépend de la nature chimique des matériaux traversés et de leur densité. D'autre part, la masse volumique augmente avec la pression. (TP 18, 19)

Il est possible de déterminer en laboratoire la vitesse de propagation des ondes dans des échantillons (roches ou corps chimiques) à des pressions variables qui en modifient la densité. Des résultats sont présentés ci-dessous : (les vitesses mesurées pour le manteau et le noyau sont également figurées sur le graphique)

inserer ici un graphique classique sur variation vit. ondes = f (masse vol.)

Q9 : Par l'analyse des résultats fournis, confirmer ou infirmer votre hypothèse précédente (Q8) sur la nature chimique du noyau terrestre.

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