résumé du cours structure et composition de la Terre

                            La structure et la composition chimique de la Terre

Les méthodes pour connaître la structure et la composition chimique de la Terre sont :

  • les prélèvements ( analyse)

  • forages ( max 13km)

  • l’étude du volcanisme

  • l’étude des météorites


Principales définitions à connaître :

  • sismologie = étude des séismes (naturels ou artificiels). Etude des ondes sismiques.

  • Différenciation magmatique = processus selon lequel un magma se scinde en portions chimiquement et minéralogiquement ≠tes, chacune d’elles pouvant évoluer indépendamment.

  • Discontinuité de Gutenberg = entre manteau et noyau externe

  • Discontinuité de Lehmann = entre noyau externe et graîne


La Terre est découpée en enveloppes concentriques :

  • la croûte (1% du volume total), elle-même constituée principalement de granit (s)

  • le MOHO (discontinuité séparant la croûte et le manteau) situé a environ 35km (6km, talus continentale ;70 sous les montagnes) de la surface du sol (croûte terrestre) et 7km (croûte océanique), mais parfois la croûte océanique est absente.

  • le manteau, de 35km jusqu'à 3000km de profondeur (84% du volume total), constitué principalement de péridotite (s) 

  •  de 100km a 200km de profondeur, c’est l’asthénosphère ou la LVZ (Low Velocity Zone) : moins rigide et plus ductile que la lithosphère. (s)

  • La lithosphère, de la limite supérieur de l’asthénosphère au sol : globalement rigide. (s)

  • Le noyau, de 3000km de profondeur au centre (16% du volume total) constitué principalement de fer (+ de 80%) et de nickel (+ ou – 2%) (s)

  • le noyau externe , de 3000km a 5000km de profondeur, a les propriétés d’un fluide. (fluide)

  •  la graine, de 5000km de profondeur au centre. (s)

On a réussi à déterminer tout cela, grâce à l’étude des ondes sismiques. Il en existe plusieurs types :

  • les ondes P (premières)

  • les ondes S (secondes)

  • les ondes L (complexes)


Tableau de leurs caractéristiques :


 

Ondes P

Ondes S

Ondes S

vitesse

++ rapide

+ rapide

+ lente

Type d’onde

Compression/décompression

cisaillement

complexe

Milieu de propagation

(s),(l),(g) profondeur

(s) profondeur

(s),(l),(g), en surface

Dégat

moindre

Pas trop

+++


Les liquides ralentissent les ondes P, et arrêtent les ondes S.

La vitesse des ondes est en relation avec la masse volumique, la résistance à la compression, la résistance à la déformation…….. du matériau qu’elles traversent.

En étudiant la vitesse des ondes, on peut donc se faire une idée du milieu qu’elles traversent.

Sous les continents : Vmoyenne S = 5,5 km/s

Sous les océans : Vmoyenne S = 6.3 km/s

Si 12km/s > V > 8 km/s, alors on est dans le manteau.



Les propriétés physiques :


  • Densité moyenne de la Terre = 5.5 soit masse volumique = 5.5 g.cm-3


  • La pression P = h . ζ . g

A chaque profondeur h, la pression est égale à la force exercée par la colonne de roche situé au-dessus (par unité de surface).

La pression augmente proportionnellement à la profondeur.


  • La température est le degré d’agitation des molécules, elle augmente avec la profondeur

Croûte : 20°C / km

Manteau : 10°C / km

==> la température a donc tendance a dilater les roches, alors que l’augmentation de la pression a tendance à les rétracter. Généralement ,l’augmentation de la pression compense largement celle de température, sauf dans l’asthénosphère, le densité des roches est moins fortes, donc les ondes ralentissent (c’est la LVZ).

Noyau externe : + 3900°C


Composition chimique des ≠ enveloppes.

Les enveloppes supérieures.


Croûte : le granite est le principale constituant de la croûte, on peut donc assimiler la composition du granite à celle de la coûte soit (dans l’ordre d’abondance) du sillicium, de l’aluminium, du calcium, puis en moindre mesure du fer, du potassium et du sodium, ainsi que de l’eau.

  • croûte continentale : - roches sédimentaires (2-3km max)

- roches cristallines (type granit)

- croûte océanique : - petites pellicules de roches sédimentaires

- 2 types de roches magmatiques (oxydes de silicium, oxydes de calcium et d’aluminium)

- basaltes

- gabbros

- des péridotites, très minoritaires à l’affleurement (elles sont généralement situées sous les gabbros, eux-mêmes situés sous les basaltes


Manteau supérieur : => analyse des volcans

Riche en fer et en Mg, mais contient aussi du sillicium (cependant en moindre mesure que la croûte)

Péridotite



Les enveloppes profondes.

  •  infos apportées par les météorites


-manteau profond : constitué de péridotites (il en existe plusieurs types)

=> les achondrites pierreuses lui correspondent

 

 

  • le noyau : constitué (par ordre décroissant) :

fer, Si (silicium), 0 (oxygène), S (souffre) et Ni (nickel).





Les différentes roches :


  • les roches sédimentaires : Roche résultant de l’accumulation d’éléments (fragments minéraux, débris coquilliers), et/ou de précipitation à partir de solutions. Elles sont siliceuses, argileuses, carbonatées…….

  • les roches magmatiques : roches provenant d’un magma

-volcaniques : provenant d’un magma s’étant solidifier (refroidis) au moins en partie à la surface de la litsophère

- cristallines (ou plutoniques) : roches ayant cristallisées au sein de la lithosphère.

- roches métamorphiques :   transformation des autres roches sous l'effet de la température et de la pression; en surface ou en profondeur.



Les différents minéraux : (supplément au cours)



- Les « blancs » :

Quartz, feldspaths et feldspathoïdes


- Les « noirs » :

Amphiboles, micas, péridots, pyroxènes


Le quartz : minéral très fréquent des roches magmatiques et des roches métamorphiques. Très dur et insoluble très résistant

Les feldspaths : minéraux essentiels de la plupart des roches magmatiques. Ils se présentent sous la forme de plaquette ou de prisme (transparent ou blanchâtre)

  • les feldspaths potassiques : (K, Na)[Si3AlO8], avec une faible prop. de Na. (exemples : orthose de formule K[Si3AlO8], sanidine)

  • les feldspaths sodi-potassiques : (K, Na)[Si3AlO8], avec une + grande prop de Na que les potassiques, sont intermédiaire entre l’orthose (prop faible en Na) et l’albite. (par exemple l’anrthose, composé 60% d’orthose et 40% d’albite soit Or60-Ab40).

  • les feldspaths sodi-calciques ou plagioclases :

 

Na[Si3AlO8]

Proportion d’An (anorthite calcique)

 

albite

0-10%

An0-10

oligoclase

10-30%

An10-30

andésine

30-50%

An30-50

labrador

50-70%

An50-70

bytownite

70-90%

An70-90

anorthite

90-100%

An90-100

Ca[Si3AlO8]

 

 

Dans cette série, la prop. de Si02 varie.

On distingue les plagioclases acides (An < 30) et les plagioclases basiques ( An > 30)


  • les fledspaths lourds : minéraux rares du métamorphisme de contact calcaires et des dolomies (roche sédimentaire carbonatée contenant 50% ou +de carbonate, dont la moitié au moins sous la forme de dolomite (Ca,Mg) (CO3)2 ). Représentés par le celsiane Ba[Si2Al2O8] et les hyalophanes (celsiane + 60 a 90% d’orthose.).


  • Les feldspathoïdes : minéral voisin d’un feldspath, mais moins riche en silice. Ce minéral sous-saturée réagit avec le quartz et ne coexiste (sauf exception) avec ce dernier.



  • Les amphiboles :minéraux en prisme , en aguille ou en fibre. Couleur noirâtre, verte,brune, ou parfois bleue. Leur classification est liée aux variations des teneurs en Mg et Fe, en Ca et en Na. IL y a les ferromagnésiens (Mg, Fe)7 [Si8O22] (OH, F)2, les calciques, et les sodiques.


  • Les micas : minéraux en prismes aplatis. Plusieurs types : micas noirs ferromagnésiens (, micas blancs alumineux, micas lithinifères, et les micas durs (calciques).


  • Les péridots : groupe des olivines, série continue de la forstérite Mg2 [SiO4] à la fayalite Fe2 [SiO4]. Les intermédiaires sont l’olivine (Fe, Mg)2 [SiO4].


  • Les pyroxènes : Famille complexe de minéraux, en prisme.
  • Les orthopyroxènes (d’un pôle Mg à un pôle Fe), les Clinopyroxènes ferromagnésiens et calciques (classé en fonction de des % de Ca, Mg et Fe), let clinopyroxènes alcalins.

 => Les pyroxène sont des minéraux essentiels des roches magmatiques et métamorphiques.

Les roches :

  • Basalte : principalement constitué de plagioclases et de pyroxène. Peut dans certains être accompagné d’olivine, de quartz et de feldspathoïdes.
  • Péridotite : entre 90 à 100% de minéraux ferromagnésiens avec olivine et pyroxène.
  • Gabbro : principalement constitué de plagioclases (avec An > 50) et de pyroxène, secondairement d’olivine et biotite.
  • Granit : 80% de la roche sont constitué par : quartz, feldspaths alcalin, et plagioclases. Les minéraux secondaires sont très variés. On peut trouver ; micas, pyroxène (rarement),…
  • Grès (cas général) : principalement constitué de quartz(85%), + autres minéraux qui déterminent le type de grès.
  • Calcaire (cas général): 50% de CaCO3, pouvant être accompagné de dolomite, argonite et sidérite.



Les météorites :


  • chondrites (assez uniforme), constituées de minéraux silicatés, mais aussi de fer (85% des météorites sont de ce type). Ces météorites n’ont jamais été fondues, car il coexiste dans leur sein, des matériaux de masses volumiques très différentes : ce sont des météorites indifférenciées.

  • achondrites (15%)

1 constituées de plagioclases et de pyroxène | achondrites

2 ~ de bcp d’olivine | pierreuses

 

3 ~ ~ ~ de fer |achondrites féreuses


Le phénomène de différenciation :

En faisant fondre une chondrite, le liquide obtenu et les solides formés se dispersent en fonction de leur masse volumique : en bas, le Fer (correspond au noyau), en haut, l’eau et le CO2, entre les deux, de l’olivine et des pyroxènes (correspond au manteau, péridotite), sous l’eau et le CO2, des feldspaths

La composition chimique de la Terre = composition chimique des chondrites.

Les compostions des ≠tes achondrites = les compositions des ≠tes enveloppes.

La Terre s’est formé par accrétion de météorites bcp d’énergie les météorites chondrites fondent différenciation  d’où le modèle actuel.

Commentaires (3)

1. Bendix8 16/04/2007

Tres pratique ce site, je l'aime beaucoup.
Continue :)

2. hamid 19/04/2007

tb continuer

3. juju 07/10/2009

super site, super bien expliqué, le résumé est nikel, bravo !!

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