Densité de la lithosphère et subduction

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Le domaine continental et sa dynamique
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2012 | Académie : Inédit
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Densité de la lithosphère et subduction
 
 

Le domaine continental et sa dynamique

Corrigé

17

Terre et univers

svtT_1200_00_08C

 

Sujet inédit

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

> À partir de l’étude du document 1 et de vos connaissances, expliquez comment la modification de la densité de la lithosphère océanique peut lui permettre d’entrer en subduction.

À partir de l’étude des documents 2 et 3 et de vos connaissances, expliquez comment les transformations de la croûte océanique entretiennent la subduction.

Document 1

Structure et densité d’une plaque
de la dorsale à la marge


 
Document 2

Domaines de stabilité de quelques associations de minéraux de la croûte océanique

On précise que des minéraux formés dans un domaine de température et de pression donné peuvent être encore présents, même si la roche n’est plus dans ce domaine (minéraux reliques).


 
Document 3

Caractéristiques de trois métagabbros
de la lithosphère océanique

 

Roches

Composition minéralogique

Densité

1

Plagioclase, pyroxènes reliques, chlorite, actinote

2,9

2

Plagioclase, pyroxènes reliques, glaucophane

3,1

3

Grenat, jadéite, plagioclase, quartz

3,5

 

Comprendre le sujet

  • Repérer le mot « densité » de façon à orienter l’exploitation du document 1 et à montrer pourquoi la densité de la lithosphère devient supérieure à celle de l’asthénosphère.
  • Saisir que les trois métagabbros correspondent à des stades successifs de la subduction d’une croûte océanique.
  • Repérer qu’il y a deux aspects à envisager : l’entrée en subduction (document 1) et l’entretien de la subduction (documents 2 et 3).

Mobiliser ses connaissances

  • La différence de densité entre l’asthénosphère et la lithosphère océanique est l’un des principaux moteurs de la subduction.
  • La lithosphère qui s’éloigne de la dorsale se refroidit et s’épaissit. L’augmentation de sa densité jusqu’à dépasser celle de l’asthénosphère explique son plongeon dans l’asthénosphère.
Corrigé

Densité de la lithosphère océanique et subduction (exploitation du document 1)

  • La lithosphère océanique est formée par la croûte océanique et le manteau lithosphérique. Étant donné la faible épaisseur du manteau lithosphérique à proximité de la dorsale, la densité moyenne de la lithosphère océanique est inférieure à celle de l’asthénosphère (la lithosphère « flotte » sur l’asthénosphère).
  • Au fur et à mesure que la lithosphère s’éloigne de la dorsale où elle s’est formée, elle s’épaissit. En réalité, la croûte garde la même épaisseur alors que celle du manteau lithosphérique augmente.

Ce manteau lithosphérique supplémentaire provient de la transformation du manteau asthénosphérique lié à son refroidissement.

Le manteau lithosphérique qui a la même composition que le manteau asthénosphérique, mais est plus froid, a une densité supérieure à celle de celui-ci (3,3 contre 3,25).

  • À partir d’une certaine distance de la dorsale, l’ensemble croûte plus manteau lithosphérique atteint une densité supérieure à celle du manteau asthénosphérique. L’asthénosphère étant plastique, la lithosphère rigide tend à s’enfoncer dans l’asthénosphère par gravité.

L’entretien de la subduction
(exploitation des documents 2 et 3)

  • Le document 2 permet de situer les gabbros dans l’histoire de la lithosphère océanique depuis sa formation à l’axe de la dorsale jusqu’à son devenir au cours de la subduction.
  • Le métagabbro 1, d’après sa composition minéralogique, correspond à un gabbro dont la température est de 400 °C et qui subit une pression inférieure à 0,5 GPa, donc localisé à une faible profondeur. Il a, de plus, la même densité que la croûte océanique : il s’agit donc d’un métagabbro d’une croûte qui n’a pas subducté.
  • Le métagabbro 2 correspond, du fait de la présence de glaucophane, à un gabbro situé dans une région de plus forte pression (supérieure à 0,5 GPa) que le métagabbro 1 : c’est un métagabbro d’une croûte entrée en subduction.
  • L’association minérale du métagabbro 3 indique qu’il est situé à plus grande profondeur que les métagabbros 1 et 2, dans une région où la pression est supérieure à 1 GPa.
  • Les métagabbros 1, 2 et 3 traduisent, par leurs caractères minéralogiques, l’évolution des gabbros de la croûte océanique au cours d’une subduction.
  • Les indications de densité montrent que les transformations métamorphiques de la croûte océanique au cours de la subduction s’accompagnent d’une augmentation de densité de 2,9 à 3,5. La lithosphère océanique devient donc de plus en plus dense au fur et à mesure qu’elle s’enfonce dans l’asthénophère, ce qui entretient la subduction.

Conclusion

L’entrée en subduction est amorcée par la transformation du manteau asthénosphérique en manteau lithosphérique de plus forte densité au fur et à mesure que la lithosphère océanique s’éloigne de la dorsale.

La subduction est ensuite entretenue par le métamorphisme du matériau constitutif de la croûte océanique.