La subduction : moteur et roches associées

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Le domaine continental et sa dynamique
Type : Pratique du raisonnement scientifique 1 | Année : 2012 | Académie : Sujet zéro
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La subduction : moteur et roches associées
 
 

Le domaine continental et sa dynamique

Corrigé

23

Ens. spécifique

svtT_1200_14_04C

 

Sujet zéro

pratique du raisonnement scientifique
Exercice 1 • 3 points

On s’intéresse aux compositions minéralogiques des roches présentes dans une zone de subduction et au moteur de la subduction (document de référence).

Document
de référence

Coupe schématique dans une zone de subduction

On précise que le manteau est composé de péridotites et la croûte océanique de basaltes et de gabbros.


 
Document 1

Composition minéralogique d’un gabbro en fonction des conditions de pression et de température


 

En laboratoire, on soumet des échantillons de gabbros à des conditions de pression et de température variables. Les résultats sont présentés sur le graphique ci-dessous.

On rappelle que le gabbro, lorsqu’il se forme, contient presque exclusivement des plagioclases et du pyroxène.

Deux réactions du métamorphisme engendrés par une augmentation de pression :

1. Plagioclase + chlorite* + actinote* → Glaucophane + eau

2. Plagioclase + glaucophane Grenat + jadéite + eau

* Chlorite et actinote sont des minéraux hydratés.

Document 2

Densités de quelques roches rencontrées dans une zone de subduction

 

Roches

Densité

Lithosphère

Basaltes, gabbros

2,85

Métagabbro en faciès schistes verts

3,3

Métagabbro en faciès schistes bleus

3,4

Éclogites

3,5

Asthénosphère

Péridotites

3,25

 
Document 3

Quelques caractéristiques de la lithosphère et de l’asthénosphère

 

Âge de la lithosphère océanique (en 106 ans)

2

10

15

25

30

40

60

80

100

Distance à l’axe de la dorsale (en km)

160

800

1 200

2 000

2 400

3 200

4 800

6 400

8 000

Épaisseur de la lithosphère océanique (en km)

Croûte

5

5

5

5

5

5

5

5

5

Manteau

8

24

31

41

45

53

66

77

87

Masse d’une colonne de lithosphère océanique de surface égale à 1 m2 (en 103 tonnes)

40,7

93,5

116,6

149,5

162,8

189,2

232,1

268,4

301,4

Masse d’une colonne d’asthénosphère de même surface et de même épaisseur (en 103 tonnes)

42,3

94,3

117,0

149,5

162,5

188,5

230,7

266,5

299,0

 

Les masses de la lithosphère océanique et de l’asthénosphère sont établies pour une colonne de surface égale à 1 m2.

> On cherche à comprendre certains mécanismes en jeu dans les zones de subduction en exploitant les données présentées dans les documents 1 à 3 ci-dessus.

Indiquez la proposition exacte pour chacune des questions.

1. Un métagabbro de la croûte océanique prélevé par forage au point A (voir document de référence), très loin de l’axe de la dorsale, contient les assortiments de minéraux suivants :

a) plagioclases + chlorites + actinotes.

b) plagioclases + glaucophanes.

c) glaucophanes + jadéites.

d) grenats + jadéites + glaucophanes.

2. Un métagabbro à plagioclase et glaucophane soumis à une augmentation de pression, à température constante :

a) acquiert de la jadéite et s’enrichit en eau.

b) acquiert de la jadéite et libère de l’eau.

c) acquiert de la chlorite et libère de l’eau.

d) acquiert de la chlorite et s’enrichit en eau.

3. On considère les roches suivantes :

A. Métagabbro à chorite et actinote

B. Gabbro à plagioclases et pyroxènes

C. Métagabbro à glaucophane et plagioclases

D. Métagabbro à grenats et jadéite

E. Péridotite

Le classement de ces roches par ordre de densité croissante est :

a) E < A < B < C < D.

b) B < A < C < D < E.

c) E < B < A < C < D.

d) B < E < A < C < D.

4. Le point à partir duquel la lithosphère océanique peut commencer à s’enfoncer dans l’asthénosphère peut être établi en comparant :

a) l’épaisseur de la croûte à celle du manteau.

b) l’âge de la croûte à celui du manteau.

c) la masse d’une colonne de lithosphère à celle d’une colonne d’asthénosphère (de même volume).

d) l’épaisseur de la lithosphère à celle de l’asthénosphère.

5. L’âge, exprimé en millions d’années, à partir duquel la lithosphère océanique disparaît en s’enfonçant dans l’asthénosphère est :

a) 10

b) 25

c) 30

d) 80

Comprendre le sujet

  • Ce sujet comporte un nombre maximal de documents pour un exercice II-1, mais le questionnement est sous forme de QCM et ne nécessite donc pas de rédaction. Il faut bien repérer le document qui fournit les informations permettant de résoudre chaque item.
  • La question (item) 3 est un peu piégeuse dans la mesure où les indications (nom des minéraux) des différentes propositions sont différentes de celles du document 2, qui est en rapport avec cet item (métagabbro en faciès schistes verts, en faciès schistes bleus). L’observation du document de référence où sont positionnés ces métagabbros permet de surmonter cette difficulté (la densité de la croûte océanique augmente au cours de sa subduction).

Mobiliser ses connaissances

  • Les matériaux océaniques montrent les traces d’une transformation minéralogique à grande profondeur au cours la subduction. La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l’eau.
  • La différence de densité entre l’asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. L’augmentation de la densité de la lithosphère au-delà d’un certain seuil explique son plongement dans l’asthénosphère.
Corrigé

1.a) Exact. Les 4 associations minérales proposées correspondent, d’après le document 1, à des profondeurs différentes. Donc, en A, on choisit l’association de plus faible profondeur.

2.b) Exact. Le document 1 indique que le métagabbro associant plagioclase et glaucophane devient, en augmentant la pression et à température constante, un métagabbro à glaucophane et jadéite. Ce métamorphisme s’accompagnant, comme le montre ce même document, d’une libération d’eau.

3.d) Exact.

 

Attention

Les données sont sources de complications car les différents documents (de référence, 1 et 2) désignent la même chose en des termes différents : schistes verts = métagabbro à chlorite et actinote, schistes bleus = métagabbro à glaucophane et plagioclases, éclogites = métagabbro à grenats et jadéite.

4.c) Exact. Pour que la lithosphère s’enfonce dans l’asthénosphère, il faut que sa densité soit supérieure à celle de l’asthénosphère. Seule la proposition c) est en rapport avec cette notion de densité puisque, comme le montre le document 2, lithosphère et asthénosphère ont le même volume et donc leur différence de masse ne dépend que de leur densité.

5.c) Exact. La lecture du document 2 montre que, pour que la lithosphère s’enfonce dans l’asthénosphère, il faut que la masse d’un volume donné de lithosphère soit supérieure à la masse du même volume d’asthénosphère, ce qui est en accord avec la proposition c) (à 25 Ma : même masse et donc même densité ; à 30 Ma : masse de la lithosphère supérieure, donc enfoncement possible).