Structure et composition chimique de la Terre interne. (3 semaines)
Constat :
En 4ème, vous avez vu que la planète Terre était sujette à une tectonique des plaques
Problématique :
Comment expliquer cette tectonique des plaques ?
Hypothèse :
La Terre comprend une enveloppe externe rigide découpée en plaques qui bougent les unes par rapport aux autres muées par une énergie interne.
SR :
- Déterminer l’organisation interne de la Terre et définir ce qu’est une plaque
- Etudier les mouvements relatifs des plaques
- Déterminer l’origine de l’énergie interne de la Terre
Origine, différenciation et structure interne de la Terre.
TP1 activités 1
Constat : La densité des roches affleurant en surface (2,7 en moyenne) est très inférieure à la densité terrestre mesurée (5,5).
P : Comment expliquer la différence de densité calculée et mesurée ?
H : la répartition des masses est hétérogène à l’intérieur du globe, la densité des roches à l’intérieur de la Terre doit être supérieure à 5,5.
SR : Déterminer la nature des roches à l’intérieur du globe. Forage le plus profond = 13 km. Donc il nous faudra étudier l´intérieur de la terre par les moyens indirects dont nous disposons en surface c’est à dire les séismes, les météorites
TP1 organisation interne du globe terrestre
I - La structure interne de la Terre.
A) Principe des études sismiques
Un séisme est un ébranlement brutal du sol provoqué par le mouvement relatif de 2 compartiments profonds le long d’une faille. Dans le globe, il y a des tensions si fortes, que les roches cassent provoquant des séismes
Le foyer (hypocentre) est le lieu d’origine du séisme toujours entre la surface et 700km.
L’épicentre est le point de la surface qui subit les premières et les plus violentes secousses à la verticale du foyer.
L’énergie est dissipée par chaleur et pour 25% par ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions.
L’enregistrement des ondes sismiques se fait en surface grâce à des appareils nommés sismographes : pendules de très grosse masse attachés à un support solidaire du sol et reliés à un cylindre enregistreur. Dans une station il y a 3 sismographes un vertical et 2 horizontaux un NS un EW.
Les tracés obtenus s’appellent des sismogrammes.
1) les différents types d´ondes
Observation : il y a 3 trains d’ondes successives d’amplitude croissante
Interprétation 3 types d’ondes qui traversent les terrains avec des vitesses différentes
ondes P : premières longitudinales
ondes S : secondes transversales de cisaillements ne se propagent pas dans les liquides
ondes L longues superficielles, on ne s’en occupera pas
2) Les lois de la propagation des ondes
Les ondes sismiques se propagent comme les ondes lumineuses, selon les mêmes lois physiques de la réflexion et de la réfraction lorsqu’elles rencontrent une discontinuité (loi de Newton). La vitesse des ondes dans un milieu augmente avec la rigidité du milieu et sa densité.
Les ondes S ne peuvent pas se propager dans un liquide.
B. Organisation générale en enveloppes concentriques.
TP1 activités 2 et 3
L'étude de la propagation des ondes sismiques donne des informations sur l'organisation interne de la Terre car la vitesse de propagation augmente avec la densité et la rigidité des matériaux.
Pour connaître la vitesse des ondes on utilise les temps d’arrivée des ondes P et S d´un séisme pour plusieurs stations situées à des distances variables de l’épicentre.
Quand la profondeur augmente, la pression et donc la densité des matériaux augmentent. Il est donc logique que la vitesse des ondes augmente.
Cependant, l'évolution de la vitesse des ondes P et S en fonction de la profondeur est marquée par trois discontinuités principales pour des profondeurs à peu près identiques en tout point du globe. La Terre est donc formée d'enveloppes concentriques.
La première discontinuité est appelée Moho, elle est marquée par une brusque accélération de la vitesse des ondes P et S à 6 km en moyenne sous les océans et 35 km en moyenne sous les continents (entre 20 et 80 km). Elle sépare la croûte et le manteau.
La discontinuité de Gutenberg, est située à 2900 km de profondeur, elle est marquée par un ralentissement brutal de la vitesse des ondes P et la disparition des ondes S. Elle sépare le manteau et le noyau externe liquide. Elle est aussi mise en évidence par la zone d´ombre.
La discontinuité de Lehman, située à 5100 km de profondeur, est marquée par la réapparition des ondes S et une augmentation de la vitesse des ondes P. Elle sépare le noyau externe liquide et le noyau interne solide (appelé aussi "graine").
Schéma du TP à connaître
C. Subdivisions du manteau.
La discontinuité située à 670 km sépare le manteau supérieur et le manteau inférieur.
A l'intérieur du manteau supérieur, on observe vers 100 km de profondeur une chute de la vitesse des ondes P et S qui retrouvent leur valeur initiale vers 250 km. Cette zone où la vitesse est anormalement faible est appelée LVZ (Low Velocity Zone). Elle est formée par un matériau moins rigide qui ralentit les ondes. Le début de la LVZ permet de séparer deux zones:
- la lithosphère est formée par la croûte et la partie du manteau située au dessus de la LVZ: le manteau lithosphérique
- l'asthénosphère est la zone comprise entre 100 et 670 km.
Schéma de l´organisation de la partie
superficielle de la Terre
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II - La formation de la Terre
A. Origine.
La Terre s'est formée comme les autres planètes du système solaire par accrétion: les poussières et gaz de la nébuleuse solaire se sont agglomérées par gravitation et ont formé des grains puis des cailloux et enfin des planètes.
rq: l'accrétion s'est arrêtée dès que le Soleil s'est allumé car le vent solaire a dispersé les gaz qui ont été piégés par les planètes géantes.
B. Différenciation.
Exercices météorites
1. L’équation du droit est y = x donc si un élément est situé sur cette droite, cela signifie qu'il est présent en quantité équivalente dans la météorite et dans la photosphère solaire.
2. Dans le deuxième diagramme, on remarque que tous les éléments se situent sur la droite y = x, ce qui signifie que la composition de cette météorite est exactement identique à celle de la nébuleuse. Au contraire, dans le premier diagramme, on remarque que presque tous les éléments sont en dehors de cette droite, ce qui signifie que la composition de la météorite est différente de celle de la nébuleuse. On peut donc dire que cette météorite est différenciée.
Elle est enrichie en strontium, zirconium, manganèse et appauvrie en soufre, nickel, cuivre par exemple.
Attention: les axes ne commencent pas à 0.
Les chocs de particules plus ou moins grosses sur la Terre en formation ont libéré de la chaleur qui a entraîné sa fusion: la Terre primitive était formée uniquement de magma. Il y a alors eu différenciation en enveloppes concentriques selon la densité des constituants: les plus lourds sont tombés au fond et ont formé le noyau alors que les plus légers sont restés en surface et ont formé le manteau recouvert d'une croûte solide. Les gaz se sont échappés du manteau et ont formé l'atmosphère et l'hydrosphère.
La Terre dissipe progressivement la chaleur initiale emmagasinée lors de sa formation et aujourd'hui, seul le noyau externe est encore liquide. La température augmente tout de même avec la profondeur (environ 5000°C au centre de la Terre).
rq: document 4 p251
Les corps de petite taille n'ont pas assez d'énergie pour fondre ou refroidissent trop vite et ils donnent les météorites non différenciées (chondrites). Certains corps différenciés sont brisés par les collisions et donnent différentes catégories de météorites différenciées (achondrites).
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| Nébuleuse accrétion différenciation |
les étapes de la formation de la Terre
Conclusion:
L'étude de la propagation des ondes sismiques montre que la Terre est structurée en enveloppes concentriques de tailles, masses et masses volumiques différentes: la croûte (continentale ou océanique), le manteau et le noyau. Les enveloppes sont séparées par des discontinuités physiques et/ou chimiques. La lithosphère se distingue de l'asthénosphère sous-jacente par un comportement rigide.
Cette structure de la Terre résulte, d'une part de sa formation par accrétion de petits corps dont les météorites de type chondrite sont les vestiges, d'autre part de sa différenciation.
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes qui rencontrent la trajectoire de la Terre. On pense que le Soleil, les planètes et les astéroïdes du système solaire se sont formés à partir d'une nébuleuse ayant la même composition chimique que la couche de gaz qui entoure actuellement le noyau solaire (photosphère solaire).
Les deux diagrammes de l'exercice 3 p283 permettent de comparer l'abondance d'un certain nombre d'éléments chimiques d'une part dans une météorite et d'autre part dans la photosphère solaire. Pour chaque élément on a porté en abscisse son abondance dans la météorite et en ordonnée son abondance dans la photosphère solaire.
Deux météorites ont ainsi été étudiées: une achondrite (météorite pierreuse) et une chondrite.
1. Donnez l'équation de la droite qui sépare chaque diagramme en deux parties. Expliquez ce qu'on peut dire d'un élément situé sur cette droite.
2. Comparez les deux diagrammes afin de montrer qu'une de ces météorites peut être qualifiée de "différenciée". Indiquez quelques éléments chimiques qui illustrent cette différenciation.
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes qui rencontrent la trajectoire de la Terre. On pense que le Soleil, les planètes et les astéroïdes du système solaire se sont formés à partir d'une nébuleuse ayant la même composition chimique que la couche de gaz qui entoure actuellement le noyau solaire (photosphère solaire).
Les deux diagrammes de l'exercice 3 p283 permettent de comparer l'abondance d'un certain nombre d'éléments chimiques d'une part dans une météorite et d'autre part dans la photosphère solaire. Pour chaque élément on a porté en abscisse son abondance dans la météorite et en ordonnée son abondance dans la photosphère solaire.
Deux météorites ont ainsi été étudiées: une achondrite (météorite pierreuse) et une chondrite.
1. Donnez l'équation de la droite qui sépare chaque diagramme en deux parties. Expliquez ce qu'on peut dire d'un élément situé sur cette droite.
2. Comparez les deux diagrammes afin de montrer qu'une de ces météorites peut être qualifiée de "différenciée". Indiquez quelques éléments chimiques qui illustrent cette différenciation.
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes qui rencontrent la trajectoire de la Terre. On pense que le Soleil, les planètes et les astéroïdes du système solaire se sont formés à partir d'une nébuleuse ayant la même composition chimique que la couche de gaz qui entoure actuellement le noyau solaire (photosphère solaire).
Les deux diagrammes de l'exercice 3 p283 permettent de comparer l'abondance d'un certain nombre d'éléments chimiques d'une part dans une météorite et d'autre part dans la photosphère solaire. Pour chaque élément on a porté en abscisse son abondance dans la météorite et en ordonnée son abondance dans la photosphère solaire.
Deux météorites ont ainsi été étudiées: une achondrite (météorite pierreuse) et une chondrite.
1. Donnez l'équation de la droite qui sépare chaque diagramme en deux parties. Expliquez ce qu'on peut dire d'un élément situé sur cette droite.
2. Comparez les deux diagrammes afin de montrer qu'une de ces météorites peut être qualifiée de "différenciée". Indiquez quelques éléments chimiques qui illustrent cette différenciation.
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes qui rencontrent la trajectoire de la Terre. On pense que le Soleil, les planètes et les astéroïdes du système solaire se sont formés à partir d'une nébuleuse ayant la même composition chimique que la couche de gaz qui entoure actuellement le noyau solaire (photosphère solaire).
Les deux diagrammes de l'exercice 3 p283 permettent de comparer l'abondance d'un certain nombre d'éléments chimiques d'une part dans une météorite et d'autre part dans la photosphère solaire. Pour chaque élément on a porté en abscisse son abondance dans la météorite et en ordonnée son abondance dans la photosphère solaire.
Deux météorites ont ainsi été étudiées: une achondrite (météorite pierreuse) et une chondrite.
1. Donnez l'équation de la droite qui sépare chaque diagramme en deux parties. Expliquez ce qu'on peut dire d'un élément situé sur cette droite.
2. Comparez les deux diagrammes afin de montrer qu'une de ces météorites peut être qualifiée de "différenciée". Indiquez quelques éléments chimiques qui illustrent cette différenciation.
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes qui rencontrent la trajectoire de la Terre. On pense que le Soleil, les planètes et les astéroïdes du système solaire se sont formés à partir d'une nébuleuse ayant la même composition chimique que la couche de gaz qui entoure actuellement le noyau solaire (photosphère solaire).
Les deux diagrammes de l'exercice 3 p283 permettent de comparer l'abondance d'un certain nombre d'éléments chimiques d'une part dans une météorite et d'autre part dans la photosphère solaire. Pour chaque élément on a porté en abscisse son abondance dans la météorite et en ordonnée son abondance dans la photosphère solaire.
Deux météorites ont ainsi été étudiées: une achondrite (météorite pierreuse) et une chondrite.
1. Donnez l'équation de la droite qui sépare chaque diagramme en deux parties. Expliquez ce qu'on peut dire d'un élément situé sur cette droite.
2. Comparez les deux diagrammes afin de montrer qu'une de ces météorites peut être qualifiée de "différenciée". Indiquez quelques éléments chimiques qui illustrent cette différenciation.