Structure et composition chimique de la Terre interne

(3 semaines)
Structure et composition chimique
de la Terre interne
Introduction :
Schéma récapitulatif de la structure du globe terrestre.
Le forage le plus profond atteint 15 km, or la Terre a un rayon de 6370 km.
Comment connaître la structure interne de la planète Terre ?
1 Origine, différenciation et structure interne de la Terre.
Revoir les définitions de lithosphère et asthénosphère
1.1 Les ondes
terrestre.
sismiques
permettent
l'étude
indirecte
du
globe
1.1.1 L'origine des ondes sismiques.
Les mouvements du sol sont dus à des séismes provoqués par une rupture de roches soumises à de
fortes tensions. L'énergie est alors brutalement libérée en un lieu appelé foyer.
Le sismomètre enregistre les mouvements du sol en les amplifiant sur un sismogramme.
1.1.2 Les paramètres physiques varient avec la profondeur.
TP1 : Ondes sismiques et structure du globe terrestre.
Les principales ondes sismiques sont les :
●
ondes P les plus rapides qui se propagent dans les solides et les liquides,
●
ondes S plus lentes qui se propagent uniquement dans les solides,
●
ondes L très lentes de surface et de grande amplitude (à l'origine des principales destructions).
La vitesse des ondes sismiques varie avec la profondeur, ce qui laisse supposer que les propriétés
physico-chimiques varient avec la profondeur, donc que la Terre n'est pas homogène.
Comment les caractéristiques physico-chimiques influencent-elles la vitesse de propagation des ondes
sismiques ?
1.1.3 Ondes sismiques et propriétés physiques des roches traversées.
TP2 : Densité et vitesse de propagation des ondes sismiques.
La vitesse de propagation des ondes sismiques augmente avec la profondeur car la densité des roches
traversées augmente. Cette vitesse dépend donc des caractéristiques physiques du milieu traversé.
Exercices 3 page 276.
1.1.4 Les ondes sismiques permettent de déterminer les principales
enveloppes du globe terrestre.
TP3 : Un modèle analogique pour expliquer la structure du globe.
Les ondes P sont réfractées en entrant et en sortant du noyau, ce qui explique la zone d'ombre dans
laquelle elles ne sont pas enregistrée (Document 2 page 257).
La trajectoire des ondes est en effet déviée quand le milieu traversé change.
De plus, la vitesse varie en fonction de la nature des roches traversées, mais aussi en fonction de leur
rigidité (leur vitesse diminue dans la LVZ qui est moins rigide).
1
Question 1 page 262
Les discontinuités sont les suivantes :
le Moho (6 km sous les océans et 30 km sous les continents) est une limite chimique entre la
croûte et le manteau.
●
La LVZ (Low Velocity zone de 100 à 200 km de profondeur) est une limite physique entre la
lithosphère rigide et l'asthénosphère déformable.
●
La discontinuité de Gutenberg (2900 km) est une limite chimique (passage silicates-fer)et
physique (passage solide-liquide) qui marque le passage entre le manteau et le noyau.
●
La discontinuité de Lehman (5150 km) est une limite physique entre le noyau externe liquide et le
noyau interne solide.
●
Exercice 4 page 277.
1.1.5 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 sousjacente par un comportement rigide.
La température, la pression et la masse volumique varient avec la profondeur.
propriétés
propriétés
physiques
chimiques
Exercice TICE sous forme d'animations flash.
Comment expliquer la structure interne de la la planète Terre ?
1.2 Origine de la structure du globe terrestre.
Questions 1 et 2 page 263.
La Terre s'est formée par apport successif d'éléments, principalement sous forme de chondrite :
c'est le phénomène d'accrétion. La composition chimique des chondrites correspond donc à la
composition chimique moyenne de la Terre (dite « Terre globale »).
Remarque : les météorites se sont formées il y a 4,55 Ga en même temps que tous les objets du
système solaire.
Les éléments chimiques migrent sous l'action de la gravité, ainsi les plus denses vont vers le noyau et
les moins denses vers les couches plus externes : c'est le phénomène de différenciation.
2
La 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.
Exercice 2 page 276.
2 Composition chimique de la Terre : des échantillons naturels
aux matériaux inaccessibles.
Les matériaux de la croûte et du manteau terrestre sont les seuls que l'on peut observer directement.
Ils appartiennent à deux principales catégories : les roches sédimentaires et
les roches
magmatiques.
TP4 : Les roches de la lithosphère.
2.1 Les roches de la croûte terrestre.
2.1.1 Les roches sédimentaires.
Il existe deux types de roches sédimentaires :
–
les roches détritiques : roches formées de particules issues de la désagrégation de roches.
les roches biochimiques : roches formées de débris organiques et/ou de la précipitation d'éléments
minéraux.
–
Les roches sédimentaires sont pour la plupart d'origine marine et sont visibles dans les bassins
sédimentaires. Elles se présentent sous forme de couches et renferment très souvent des fossiles.
2.1.2 Les roches magmatiques.
Il existe deux types de roches magmatiques : les roches volcaniques refroidies en surface et les
roches plutoniques refroidies en profondeur.
➢
La croûte océanique :
Le basalte est une roche volcanique constituée de gros et de petit cristaux (structure
microlitique) d'olivine, de pyroxène et de feldspath.
●
Le gabbro est une roche plutonique constituée uniquement de gros cristaux jointifs
(structure grenue) de pyroxène et de feldspath.
●
➢
La croûte continentale :
Observation macroscopique et microscopique d'un granite + pages 348 et 349.
Le granite est une roche plutonique constituée uniquement de gros cristaux jointifs
(structure grenue) de quartz, de feldspath et de mica. Il n'est donc observable qu'après
érosion (surtout dans les massifs anciens).
●
Malgré une composition minéralogique différente, les croûtes continentale et océanique sont
principalement constituées d'oxygène, de silicium et d'aluminium.
2.1.3 Conclusion.
Seuls les matériaux de la croûte et du manteau supérieur sont observables à la surface de la
Terre.
Les enveloppes de la Terre, accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiques
différentes que l'on détermine à partir de l'étude de roches représentatives. Ces roches sont
formées de minéraux et/ou de verre.
La croûte est constituée d'oxygène et de silicium à 80 %, c'est à dire de silicates.
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2.2 Les roches du manteau profond et du noyau.
2.2.1 La composition chimique du manteau.
La péridotite est une roche du manteau constituée de gros cristaux jointifs (structure grenue)
d'olivine et de pyroxène. Elle s'observe généralement sous forme d'enclaves dans certains basaltes ou
bien sous forme de nappes ophiolitiques.
Cette roche est principalement constituées d'oxygène, de magnésium et de silicium (document B page
269).
2.2.2 La composition chimique du noyau.
Question 2 page 269.
La Terre possède un noyau métallique essentiellement formé de fer (70 %) et de nickel.
2.3 Conclusion.
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles.
On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements qui tiennent
compte de la formation de la Terre à partir des chondrites, préciser leurs
compositions.
La composition chimique des enveloppes de la Terre est dominée par un
nombre limité d'éléments dits "majeurs" (Si, O, Mg, Fe, Ca, Na, K, Al).
Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont : olivines,
pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas.
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