SVT - 1ère S - TP9 - La subduction
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SVT - 1ère S - TP9 - La subduction
LSVT1S09 Partie du programme : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle Niveau : Première S Titre de la séance : La subduction EXTRAIT DU PROGRAMME Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné. Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère. L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction. CONNAISSANCES CONSTRUITES Au niveau d’une fosse océanique, Wadati et Benioff constatent que les foyers des séismes se répartissent selon un plan incliné de faible épaisseur (plan de Wadati-Benioff) qui plonge depuis la fosse sous l’arc volcanique. De plus, l’étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques (tomographie sismique) montre des anomalies positives le long de ce plan et des anomalies négatives de part et d’autre. Ces données sont interprétées comme le plongement d’une lithosphère océanique froide et cassante dans le manteau asthénosphérique plus chaud et ductile : on parle donc de zone de subduction. CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE o o o o o Utiliser un SIG Utiliser un didacticiel Interroger des bases documentaires Appliquer une démarche explicative Traduire des informations par un schéma CONDITIONS MATÉRIELLES Les élèves travaillent en binôme, au cours de la première activité, pour définir les caractéristiques de la zone de subduction du Japon avec un SIG, puis plus particulièrement les données sismiques en profondeur avec un didacticiel permettant de réaliser des coupes. COIN LABORATOIRE Matériels • Ordinateurs connectés à internet • Logiciel Google Earth • Logiciel Sismolog • Logiciel de retouche d’image (ex : Paint) • Planisphère en relief : 17036.20.161 Documents didactiques • Fiche utilisation Google Earth des ECE • Fiche utilisation Sismolog des ECE DESCRIPTIFS Le professeur pourra présenter une vidéo du tsunami ayant touché le Japon le 11 mars 2011, puis situer le séisme sur le planisphère en relief pour susciter le questionnement sur cette marge active du globe, notamment sur sa morphostructure. Dans une première activité, on replace ce séisme parmi les caractéristiques de cette zone de subduction. © PIERRON 1/5 LSVT1S09 Activité 1 : Étude des caractéristiques des zones de subduction Objectif : montrer quelles sont les caractéristiques, en surface, de la zone de subduction du Japon (morphostructurales, volcaniques et sismiques), et distinguer par une étude tomographique la lithosphère de l’asthénosphère. Support : on utilisera Google Earth pour visualiser les différentes données sismiques, volcaniques et tomographiques du fichier subduction japon.kmz (à télécharger sur http://eduterre.inrp.fr/eduterre-usages/ressources_gge/convergence) et le document tomographie sismique (à télécharger sur http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1401) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. A l’aide de Google Earth, ouvrir le fichier subduction japon.kmz Ouvrir le sous-dossier Séisme au Japon 11 mars 2011 et visualiser les caractéristiques de l’épicentre du séisme, notamment la profondeur du foyer. (Eventuellement le sismogramme, les animations du tsunami, la carte des secousses et dégâts) Dans Outils- Options, augmenter le facteur d’élévation, et décrire la morphostructure particulière de cette région. Ajouter les volcans actifs et compléter votre description. Visualiser les limites de Plaques tectoniques et préciser leur localisation par rapport à votre description et le contexte tectonique. Ajouter les séismes actuels (à l’aide de la base USGS) puis les séismes historiques, et décrire la répartition des foyers des séismes. Afficher la tomographie sismique sous le Japon. A l’aide de vos connaissances sur la propagation des ondes sismiques et du document suivant, proposer une hypothèse sur la structure géologique profonde de cette région. La tomographie sismique (Schéma modifié et inspiré de http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/geosciences/geodyn_int/tectonique2/tomo/tomo.html) vitesse diminuée vitesse normale sect. 2 vitesse augmentée vitesse normale séisme tomographie sismique : principe illustré sur le schéma « Si une onde sismique traverse un milieu dont les propriétés physiques (densité, modules élastiques) différent de celles du modèle moyen (par exemple PREM), elle arrivera en retard ou en avance par rapport aux prédictions de ce modèle. On en déduit alors des cartes de variations de VP et VS par rapport au modèle (notons que l'établissement de ces cartes nécessite la donnée d'un grand nombre de temps de parcours). » sect.1 : secteur où les ondes sont accélérées ; sect.2 : secteur ou les ondes sont ralenties sect. 1 coupe ‘’sismo-thermique’’ déduite du traitement informatique des vitesses des ondes foyer Manteau 8. + froid Visualiser le tracé AB selon lequel sera réalisée la coupe de l’activité suivante. © PIERRON 2/5 + chaud LSVT1S09 Activité 2 : Étude de l’activité sismique des zones de subduction Objectif : Comprendre que la répartition des séismes en profondeur au niveau de la zone de subduction du Japon, traduit l’enfoncement de la lithosphère océanique dans le manteau asthénosphérique. Support : on utilisera Sismolog pour réaliser une coupe selon le tracé défini dans l’activité précédente. 1. 2. 3. 4. 5. A l’aide des fonctionnalités du logiciel Sismolog, recentrer votre observation sur l’épicentre du séisme du 11/0311 au Japon, afficher les séismes et volcans de la région étudiée, puis visualiser leur répartition sur une vue relief 3D. Définir la coupe selon le tracé AB de l’activité précédente et la dessiner. A l’aide d’un logiciel de retouche d’image, annoter au mieux cette coupe. Tracer la droite moyenne partant de la fosse et suivant le plan incliné formé par les foyers des séismes : c’est le plan de Wadati-Benioff, et calculer l’angle qu’il fait avec l’horizontale. Sachant qu’un séisme ne peut se produire que dans un milieu cassant, expliquer la répartition des séismes observés dans cette zone et éprouver l’hypothèse formulée dans l’activité précédente. Critères d’évaluation 1.2. Utiliser le logiciel Sismolog : - Ouverture du logiciel - Utilisation des fonctionnalités : vue relief 3D et coupe - Fermeture du logiciel 3.4. Représenter des données sous forme schématique : - Légendes scientifiquement correctes - Identification des plaques lithosphériques et de l’asthénosphère - Trajet de la plaque plongeante - Titre adapté © PIERRON 3/5 LSVT1S09 TP – La subduction Activité 1 : Étude des caractéristiques des zones de subduction 3.4. On observe d’Est en Ouest, un plancher océanique suivi d’un fort relief négatif : une fosse, puis l’archipel du Japon correspondant à un relief positif sur lequel sont disposés « en arc » les volcans, un bassin (relief négatif) en arrière de cet « arc volcanique », et enfin le continent. 5. La limite de plaques est marquée par la fosse océanique dans un contexte de convergence. 6. On observe que les foyers des séismes sont de plus en plus profonds, de la fosse vers le continent. 7. On observe en surface au SE, une zone bleue d’anomalies positives de vitesse des ondes qui s’étend à partir de la fosse jusqu’à 500 Km de profondeur vers le NW. De part et d’autre on observe des zones rouges d’anomalies négatives. On en déduit qu’une structure plus dense et plus froide, s’enfonce depuis la fosse dans une structure moins dense et plus chaude. On émet l’hypothèse qu’au niveau du Japon, une plaque lithosphérique froide s’enfonce dans le manteau plus chaud. © PIERRON 4/5 LSVT1S09 Activité 2 : Étude de l’activité sismique des zones de subduction 2 1. Définition de la coupe et vue en relief 3D de la zone de subduction du Japon 3. 5. Les caractéristiques de la zone de subduction du Japon Les caractéristiques de la zone de subduction du Japon 4. On calcule l’angle grâce à la fonction inverse tangente (600/1260) = 25°. 5. On observe que les foyers des séismes se répartissent sur un plan incliné démarrant de la fosse et plongeant jusqu’à environ 500 Km de profondeur vers le NW. On en déduit qu’une structure cassante s’enfonce depuis la fosse dans une structure plus déformable. On en conclut, avec l’hypothèse précédente, qu’au niveau du Japon, une plaque lithosphérique océanique froide et rigide s’enfonce dans le manteau (asthénosphère) plus chaud et déformable. © PIERRON 5/5