Divergence : dorsales, rifts et lithosphère océanique

Complète avec le mot exact.

1. À l’axe d’une dorsale rapide, le relief ne forme pas de vallée mais un axial.
   Un dôme axial, typique des dorsales rapides.
2. Au milieu d’une dorsale lente, la dépression bordée de failles s’appelle la vallée .
   La vallée axiale, profonde de 1 à 2 km environ.
3. Sous l’axe, la péridotite chaude de l’ remonte pour combler l’espace laissé par l’écartement des plaques.
   De l’asthénosphère, solide mais ductile.
4. Étirée, la lithosphère d’un continent s’ : son épaisseur diminue.
   Elle s’amincit, comme sous le rift est-africain.
5. Les lacs allongés de l’Afrique de l’Est occupent un fossé d’, délimité par des failles normales.
   Un fossé d’effondrement : le bloc central s’abaisse entre les failles.

Dorsale lente (L), dorsale rapide (R) ou rift continental (C) ? Écris L, R ou C.

1. Lithosphère granitique amincie, séismes superficiels, flux géothermique élevé, aucun basalte en coussins →
   C : piège ! Séismes superficiels et fort flux existent aussi aux dorsales, mais la croûte est continentale et il n’y a pas de plancher océanique.
2. Écartement de 15 cm par an, croûte continue de 6 à 7 km d’épaisseur →
   R : plus de 9 cm par an et une croûte continue.
3. Péridotites serpentinisées draguées directement sur le fond, près de l’axe →
   L : piège ! Pas de vallée citée, mais le manteau à l’affleurement montre un magmatisme réduit, typique d’une dorsale lente.
4. Dépression bordée de failles entre deux plateaux de granite, avec des volcans et des lacs allongés →
   C : du granite de part et d’autre, c’est un continent qui se fracture.
5. Vallée de 2 km de profondeur au milieu de l’Atlantique, bordée de failles normales →
   L : une vallée axiale profonde signe une dorsale lente.
6. Axe bombé à 2 600 m de fond, au-dessus d’une chambre magmatique présente en permanence →
   R : axe bombé et chambre permanente, une dorsale rapide.

Calcule. Calculatrice utile.

1. Les crêtes qui bordent l’axe sont à −1 850 m, le fond de l’axe à −3 250 m. Profondeur de la vallée axiale : m
   3 250 − 1 850 = 1 400 m : une vallée axiale, donc une dorsale lente.
2. Une région de croûte continentale épaisse de 36 km et large de 120 km est étirée jusqu’à 180 km de large. Elle a été étirée de %.
   180 − 120 = 60 km ; 60 ÷ 120 = 0,5, soit 50 %.
3. Si la surface de sa coupe ne change pas (largeur × épaisseur constante), son épaisseur devient km.
   36 × 120 = 4 320 ; 4 320 ÷ 180 = 24 km : la croûte s’amincit.
4. Perte d’épaisseur de cette croûte, en % de l’épaisseur de départ (arrondie à l’unité) : %
   36 − 24 = 12 km ; 12 ÷ 36 ≈ 0,333, soit environ 33 %. Piège : un étirement de 50 % n’amincit pas de 50 %.
5. Pour que cette croûte n’ait plus que 18 km d’épaisseur, la région doit atteindre une largeur de km.
   4 320 ÷ 18 = 240 km : il faut doubler la largeur de départ pour diviser l’épaisseur par 2.

Complète avec le mot exact.

1. La température à partir de laquelle une roche commence à fondre s’appelle son .
   Le solidus ; il diminue quand la pression diminue.
2. La péridotite remonte sans perdre beaucoup de chaleur alors que la pression baisse : c’est une décompression .
   Une décompression adiabatique : presque sans échange de chaleur.
3. Seule une faible fraction de la péridotite fond ; le solide qui reste est une péridotite .
   Une péridotite appauvrie, qui forme le manteau lithosphérique.
4. Le liquide produit par cette fusion de la péridotite est un magma .
   Un magma basaltique, à l’origine de toute la croûte océanique.
5. Moins dense que la roche qui l’entoure, ce magma s’accumule à quelques kilomètres sous l’axe dans une chambre .
   Une chambre magmatique, permanente sous les dorsales rapides, temporaire sous les lentes.

Sous l’axe d’une dorsale (valeurs simplifiées). Profondeur 110 km : roche à 1 400 °C, solidus 1 490 °C · 90 km : 1 392 °C, solidus 1 430 °C · 75 km : 1 384 °C, solidus 1 385 °C · 60 km : 1 360 °C, solidus 1 340 °C · 45 km : 1 330 °C, solidus 1 295 °C. Pour l’état, écris « solide » ou « partiellement fondue ».

1. À 90 km, la péridotite est .
   Solide : 1 392 °C < 1 430 °C, le solidus n’est pas atteint.
2. À 75 km, la péridotite est .
   Solide : piège ! 1 384 °C < 1 385 °C ; il ne manque qu’1 °C, mais le solidus n’est pas dépassé.
3. À 60 km, la péridotite est .
   Partiellement fondue : 1 360 °C > 1 340 °C.
4. À 110 km, il manque °C à la roche pour atteindre le solidus.
   1 490 − 1 400 = 90 °C.
5. À 45 km, la roche dépasse le solidus de °C.
   1 330 − 1 295 = 35 °C : plus la remontée continue, plus l’écart grandit.

Calcule. Calculatrice utile.

1. Une colonne de manteau de 85 km fond en moyenne à 8 %. Épaisseur de magma produite : km
   0,08 × 85 = 6,8 km, l’épaisseur d’une croûte océanique.
2. Pour produire une croûte de 7,2 km avec une fusion de 12 %, il faut faire fondre une colonne de km.
   h = 7,2 ÷ 0,12 = 60 km.
3. Une croûte de 6 km provient d’une colonne de 50 km. Taux de fusion : %
   6 ÷ 50 = 0,12, soit 12 %.
4. Entre 110 et 60 km, la péridotite qui remonte passe de 1 400 à 1 360 °C : elle perd en moyenne °C par km.
   1 400 − 1 360 = 40 °C sur 110 − 60 = 50 km : 40 ÷ 50 = 0,8 °C/km seulement.
5. Sur ce trajet, le solidus passe de 1 490 à 1 340 °C. Sa baisse est fois plus forte que celle de la température de la roche.
   1 490 − 1 340 = 150 °C ; 150 ÷ 40 = 3,75. Le solidus baisse plus vite que la roche ne refroidit : il finit par passer sous sa température.

Complète avec le mot exact.

1. Émise sur le fond, la lave se fige au contact de l’eau en boules empilées : des basaltes en .
   Des basaltes en coussins (pillow-lavas), signature d’un volcanisme sous-marin.
2. Sous les basaltes, des filons verticaux serrés de dolérite forment le complexe .
   Le complexe filonien : le magma s’est figé dans ses conduits de remontée.
3. Le magma resté dans la chambre cristallise lentement en .
   En gabbros, de structure grenue.
4. La limite entre les gabbros et les péridotites s’appelle le .
   Le Moho, base de la croûte océanique.
5. Un fragment de lithosphère océanique ancienne retrouvé dans une chaîne de montagnes s’appelle une .
   Une ophiolite, comme en Oman ou au Chenaillet.

Où cette roche s’est-elle formée ? F = magma figé sur le fond ; T = magma figé dans un conduit ; G = magma cristallisé lentement dans la chambre ; R = résidu du manteau ; D = dépôt posé après coup. Écris la lettre.

1. Roche verte riche en olivine, appauvrie, sous le Moho →
   R : la péridotite restée solide après la fusion partielle.
2. Boules sombres de 50 cm, à cœur microlitique et à bordure vitreuse →
   F : des coussins de basalte, figés au contact de l’eau.
3. Roche grenue à pyroxènes et plagioclases, à 4 km sous le fond →
   G : un gabbro de la croûte inférieure.
4. Couche de boue calcaire et de squelettes siliceux, posée sur les coussins →
   D : des sédiments, déposés après la mise en place du basalte.
5. Lentille grenue à grands cristaux de plagioclase, au milieu des serpentinites du Chenaillet →
   G : piège ! Même au milieu du manteau, une roche grenue de ce type est un gabbro, cristallisé dans une petite chambre temporaire.
6. Lame verticale de dolérite épaisse de 1 m, collée à d’autres lames identiques →
   T : un filon du complexe filonien.

Coupe d’une ophiolite (valeurs choisies) : 0,6 km de basaltes en coussins, 1,4 km de complexe filonien, 4,4 km de gabbros, puis des péridotites. Calcule. Calculatrice utile.

1. Épaisseur de la croûte océanique : km
   0,6 + 1,4 + 4,4 = 6,4 km ; les péridotites, sous le Moho, n’en font pas partie.
2. Part des gabbros dans cette croûte (arrondie à l’unité) : %
   4,4 ÷ 6,4 = 0,6875, soit environ 69 % : l’essentiel du magma cristallise dans la chambre.
3. Part des basaltes en coussins (arrondie à l’unité) : %
   0,6 ÷ 6,4 = 0,09375, soit environ 9 % : seule une petite partie du magma atteint le fond.
4. Un segment de dorsale long de 100 km s’ouvre de 5 cm par an et fabrique une croûte de 6 km. Volume de croûte créé chaque année : km³
   100 000 m × 0,05 m × 6 000 m = 30 000 000 m³ ; 1 km³ = 1 000 000 000 m³, soit 0,03 km³.
5. À ce rythme, en 1 million d’années, ce segment fabrique km³ de croûte.
   0,03 × 1 000 000 = 30 000 km³.

Complète avec le mot exact.

1. L’olivine d’une péridotite réagit avec l’eau de mer et donne un minéral vert, la .
   La serpentine ; la roche devient une serpentinite.
2. Dans un gabbro traversé par de l’eau très chaude près de l’axe, il se forme une amphibole, la .
   La hornblende : un gabbro à hornblende.
3. Au contact de l’eau froide, les métaux dissous dans le fluide d’un fumeur noir précipitent en noirs.
   En sulfures noirs, qui construisent les cheminées des fumeurs.
4. Un minéral qui contient de l’eau dans sa structure est dit .
   Un minéral hydraté : hornblende, chlorite, actinote, serpentine.
5. Ces transformations à l’état solide, sous l’effet de l’eau chaude, forment un hydrothermal.
   Un métamorphisme hydrothermal : rien ne fond.

Calcule.

1. Un échantillon de serpentinite de 52 g fait monter l’eau d’une éprouvette de 30 à 50 mL. Densité :
   Volume : 50 − 30 = 20 cm³ ; 52 ÷ 20 = 2,6.
2. Un échantillon de péridotite intacte de 132 g occupe 40 cm³. Densité :
   132 ÷ 40 = 3,3 : la péridotite non hydratée est plus dense.
3. Une serpentinite contient 12 % d’eau en masse : 250 g de cette roche renferment g d’eau.
   0,12 × 250 = 30 g.
4. Masse de 2 m³ de la roche du premier échantillon : kg
   Densité 2,6 → 2,6 t par m³ ; 2 × 2 600 = 5 200 kg.
5. 1 m³ de la roche du deuxième échantillon pèse kg de plus que 1 m³ de celle du premier.
   3 300 − 2 600 = 700 kg : l’hydratation allège la roche.

Sous 1 km² de fond d’une dorsale lente, le manteau est serpentinisé sur 1,5 km d’épaisseur (densité 2,6 ; 12 % d’eau en masse). Calcule. Calculatrice utile.

1. Volume de serpentinite : millions de m³
   1 km² × 1,5 km = 1,5 km³ ; 1 km³ = 1 000 millions de m³ : 1 500 millions de m³.
2. Masse de cette roche : millions de tonnes
   1 500 × 2,6 = 3 900 millions de tonnes (densité 2,6 → 2,6 t par m³).
3. Masse d’eau piégée dans les minéraux : millions de tonnes
   3 900 × 0,12 = 468 millions de tonnes d’eau, sous un seul km² de fond.
4. Si ce manteau était resté une péridotite intacte (densité 3,3), la même épaisseur pèserait millions de tonnes de plus.
   1 500 × 3,3 = 4 950 ; 4 950 − 3 900 = 1 050 millions de tonnes.
5. Cette eau sera libérée bien plus tard, lorsque la plaque plongera dans une zone de .
   De subduction : les minéraux hydratés y perdent leur eau (chapitre Convergence).

Quand la lithosphère océanique vieillit, que devient chaque grandeur ? Écris « augmente », « diminue » ou « ne change pas ».

1. L’épaisseur de la croûte océanique .
   Elle ne change pas : la croûte se forme une fois pour toutes à l’axe.
2. L’épaisseur du manteau lithosphérique .
   Elle augmente : de la péridotite refroidie s’ajoute sous la lithosphère.
3. La température de la péridotite située à 30 km sous le fond .
   Elle diminue : la lithosphère perd sa chaleur vers l’océan.
4. La profondeur de l’isotherme 1 300 °C .
   Elle augmente : la base de la lithosphère, qui suit cet isotherme, s’enfonce.
5. Le flux géothermique qui sort du fond .
   Il diminue : la lithosphère, plus froide et plus épaisse, laisse moins passer la chaleur du manteau.

Croûte de 7 km (densité 2,9) ; manteau lithosphérique de densité 3,3 ; $e\approx 10\sqrt{t}$ ($e$ en km, $t$ en Ma). Densités au centième.

1. Densité moyenne d’une lithosphère épaisse de 20 km :
   20 − 7 = 13 km de manteau ; 7 × 2,9 = 20,3 ; 13 × 3,3 = 42,9 ; 20,3 + 42,9 = 63,2 ; 63,2 ÷ 20 = 3,16.
2. Densité moyenne d’une lithosphère épaisse de 12 km :
   12 − 7 = 5 km de manteau ; 5 × 3,3 = 16,5 ; 20,3 + 16,5 = 36,8 ; 36,8 ÷ 12 ≈ 3,07.
3. Dans une lithosphère épaisse de 90 km, le manteau lithosphérique représente % de l’épaisseur (arrondi à l’unité).
   90 − 7 = 83 km de manteau ; 83 ÷ 90 ≈ 0,922, soit environ 92 % : la croûte n’en fait plus que 8 %, d’où une densité moyenne proche de 3,3, sans l’atteindre.
4. Épaisseur de la lithosphère à 2,56 Ma : km
   √2,56 = 1,6 ; 10 × 1,6 = 16 km.
5. Épaisseur de la lithosphère à 121 Ma : km
   √121 = 11 ; 10 × 11 = 110 km.
6. Une lithosphère épaisse de 55 km a un âge de Ma.
   √t = 55 ÷ 10 = 5,5, donc t = 5,5 × 5,5 = 30,25 Ma.

Utilise $e\approx 10\sqrt{t}$, profondeur ≈ 2 500 + 350 × $\sqrt{t}$ (en m), une croûte de 7 km (densité 2,9) et un manteau lithosphérique de densité 3,3. Calculatrice utile.

1. Entre 5 et 45 Ma, l’âge est multiplié par 9 : l’épaisseur de la lithosphère est multipliée par .
   √9 = 3 ; piège : pas par 9.
2. Densité moyenne d’une lithosphère âgée de 6,25 Ma, au centième :
   √6,25 = 2,5 ; e = 25 km, dont 18 km de manteau. 18 × 3,3 = 59,4 ; 20,3 + 59,4 = 79,7 ; 79,7 ÷ 25 = 3,188 ≈ 3,19.
3. Profondeur du plancher à 6,25 Ma : m
   2 500 + 350 × 2,5 = 2 500 + 875 = 3 375 m.
4. Un plancher situé à 4 075 m de fond a un âge d’environ Ma.
   4 075 − 2 500 = 1 575 ; 1 575 ÷ 350 = 4,5 = √t ; t = 4,5 × 4,5 = 20,25 Ma.
5. Épaisseur de la lithosphère sous ce plancher : km
   10 × 4,5 = 45 km.
6. Densité moyenne de cette lithosphère, au millième :
   45 − 7 = 38 km de manteau ; 38 × 3,3 = 125,4 ; 20,3 + 125,4 = 145,7 ; 145,7 ÷ 45 ≈ 3,238.