La genèse de la croûte continentale

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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 : 2013 | Académie : Afrique
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La genèse de la croûte continentale

Le domaine continental et sa dynamique

Corrigé

27

Ens. spécifique

svtT_1306_01_01C

Afrique • Juin 2013

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

À l’Archéen, période comprise entre – 4 et – 2,5 milliards d’années, la Terre, beaucoup plus chaude, était le siège d’une activité magmatique intense qui a donné naissance à la majeure partie de la croûte continentale actuelle.

Notre planète s’est ensuite progressivement refroidie, ce qui a entraîné des changements dans la source et dans les mécanismes de production de la croûte continentale.

> Comparez les deux modèles de formation de la croûte continentale primitive et actuelle, au niveau d’une zone de subduction, puis discutez de la validité de chacun d’entre eux.

Document 1

Modèles de genèse de la croûte continentale archéenne (a) et actuelle (b)


D’après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, 2002.

Document 2

Conditions de fusion de la croûte océanique anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle et archéenne


D’après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, 2002.

Document 3

Conditions de fusion d’une péridotite anhydre et hydratée et gradients géothermiques dans une zone de subduction actuelle


D’après Hervé Martin et Jean-François Moyen, Geology, 2002.

Comprendre le sujet

  • Comparer deux modèles implique de mettre en évidence ce qui est semblable puis ce qui est différent (la roche qui, subissant la fusion, est à l’origine du magma à partir duquel se forme la croûte continentale).
  • Le document 2 renseigne sur les conditions permettant la fusion de la croûte en subduction. Il faut donc voir si les informations tirées des 3 courbes (solidus croûte océanique hydratée, gradient géothermique archéen et courbe de déshydratation de la croûte océanique) valident le modèle à l’Archéen et montrer que ce modèle ne peut pas être valable à l’époque actuelle.
  • Le document 3, relatif à la fusion de la péridotite, permet de valider le modèle proposé à l’état actuel à partir des informations tirées des deux courbes, solidus péridotite hydratée et gradient géothermique actuel.

Mobiliser ses connaissances

  • Dans les zones de subduction, la déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l’eau qu’elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.
  • Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma d’origine mantellique aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.
Corrigé

La croûte continentale a des âges variés, de 4 Ga à l’actuel. Les conditions de formation de cette croûte ont varié suite à l’évolution thermique de la planète. Deux modèles sont actuellement proposés : l’un pour expliquer la formation de la croûte très ancienne, l’autre celle de la croûte récente. Nous allons comparer les deux modèles et discuter de la validité de chacun d’eux.

A. Comparaison des deux modèles (document 1 a et b)

1. Similitudes

  • Dans les deux cas, la genèse de la croûte continentale est associée à la subduction de la lithosphère océanique, et plus précisément à celle de sa croûte.
  • Dans les deux cas, il y a genèse de magma et les roches résultant du refroidissement de ce magma engendrent de la croûte continentale.

2. Différences

  • À l’Archéen, c’est la croûte océanique hydratée et subductée qui, vers 40-60 km, subit une fusion donnant naissance au magma à l’origine de la croûte continentale.
  • À l’époque actuelle, la subduction de la croûte océanique hydratée entraîne, vers 80-100 km, une fusion partielle de la péridotite mantellique de la plaque chevauchante, et donc la formation du magma à l’origine de l’accroissement de la croûte continentale.

B. Validité du modèle archéen (document 2)

  • Le solidus de la croûte océanique hydratée et le gradient géothermique archéen se recoupent vers 50 km de profondeur. Cela signifie qu’au-delà de 50 km, la température est supérieure à celle du solidus de la croûte et donc qu’elle subit alors une fusion.
  • Vers 80 km de profondeur, la croûte océanique est déshydratée et sa fusion devient alors impossible. Sa température (géotherme) est très inférieure au solidus d’une croûte anhydre : au-delà de 80 km, la fusion de la croûte océanique subductée est impossible.

En résumé, la croûte océanique archéenne fond entre 50 et 80 km de profondeur, ce qui est conforme au modèle proposé.

C. Validité du modèle actuel (documents 2 et 3)

  • Le gradient géothermique actuel est toujours inférieur au solidus de la croûte océanique hydraté ou anhydre en subduction (document 2), donc la fusion de cette croûte est impossible, ce qui est conforme au modèle 1b.
  • Le modèle 1b indique que c’est la péridotite de la plaque chevauchante qui est la source du magma à l’origine de la croûte continentale.
  • Le document 3 indique que le solidus de la péridotite anhydre ne recoupe jamais le gradient géothermique actuel : une péridotite mantellique anhydre ne peut pas fondre.

En revanche, le solidus de la péridotite hydratée recoupe le géotherme actuel vers 80 km et se situe à gauche de celui-ci jusqu’à environ 180 km. Cela signifie que la péridotite hydratée peut subir une fusion partielle à une profondeur située entre 80 et 100 km, ce qui est conforme au modèle actuel (1b).

Bilan

À l’Archéen, la Terre est plus chaude qu’actuellement. La croûte océanique hydratée atteint, au cours de sa subduction, une température supérieure à son solidus, ce qui entraîne sa fusion.

Actuellement, cela n’est plus possible car la température de la croûte océanique en subduction n’atteint jamais une valeur supérieure à celle de son solidus : elle ne peut fondre. Cependant, au cours de sa subduction, la croûte océanique se déshydrate en libérant de l’eau qui imprègne la péridotite de la plaque chevauchante : la température de cette péridotite hydratée est alors suffisante pour entraîner sa fusion partielle.

Dans les deux cas, on conçoit donc l’importance de l’hydratation de la croûte océanique. Les deux modèles sont ainsi validés.