TP-TD 2 : Caractéristiques géophysique et géochimiques de la croûte continentale

I – Données des formations géologiques

Matériel : carte géologique de France ou mondiale

d’après https://ccgm.org/fr/

1) A l’aide de la légende, déterminer l’âge maximum de la croûte continentale. Le comparer avec celui de la croûte océanique.

2) Aidez vous de la carte géologique mondiale et déterminez où se trouve de la croûte continentale récente (négligez les roches sédimentaires)?

3) A l’aide de la légende, listez les différentes catégories de roches qui composent la croûte continentale. Est ce que cela correspond à l’ensemble des roches que vous connaissez ?

4) La croûte continentale est totalement émergée. Vrai ou faux ? Justifiez votre réponse.

II – Données de datation

On utilise la radioactivité pour déterminer l’âge des roches et des évènements géologiques. 

Une méthode de datation radioactive repose sur la désintégration spontanée du rubidium 87 (87Rb) en strontium 87 (87Sr) avec une émission de β.

Or les éléments Rb et Sr sont en quantité très faibles dans les minéraux des roches magmatiques qui représentent environ 40% du volume de la croûte continentale : leur présence résulte d’une substitution d’éléments abondants au moment de la cristallisation des minéraux : Rb à la place de K, Sr à la place de Ca.

La désintégration de tout élément radioactif constitue une véritable « horloge » car elle se fait selon une loi mathématique de décroissance exponentielle en fonction du temps :

P = Po eλt, λ étant la constante de désintégration

Or dans ce cas, on a deux inconnues : t et Po…il faut donc trouver une stratégie ! Suivez les consignes suivantes pour la comprendre…

Les scientifiques démontrent que :

Graphiquement, cela se traduit par une droite dont la pente est fonction du temps : une telle droite est dite isochrone car elle relie des points correspondant à des éléments de même âge. 

On peut démontrer que : 

t = ln ( a + 1) / λ

On analyse une roche volcanique contemporaine (âge = 0 millions d’années). 

spectromètre de masse d’après http://lgltpe.ens-lyon.fr

A l’aide d’un spectromètre de masse,  on détermine les concentrations (exprimées en 10-6g/g) d’un isotope du rubidium (87Rb) et de deux isotopes du strontium (87Sr et 86Sr) présents dans les minéraux de celle-ci. Voici les résultats :  

1)  Compléter le tableau : calculer les rapports 87Sr / 86Sr et 87Rb / 86Sr. 

2) Tracer la droite isochrone sur le graphique ci-dessous :

En utilisant l’information, indiquer comment se traduira graphiquement l’augmentation de l’âge de la roche.

Information  : Le 87Rb se désintègre en 87Sr. 86Sr est un isotope stable. 

Déterminer comment varieront les rapports isotopiques 87Sr / 86Sr et 87Rb / 86Sr.

 

Remarque : Il est possible aussi de considérer des roches magmatiques géographiquement proches dont la composition chimique et la disposition sont compatibles avec une différenciation magmatique.

Le granite de Meymac appartient à un ensemble de trois granites intrusifs dans les formations métamorphiques encaissantes (gneiss à biotite et sillimanite) du plateau corrézien. Avec le granite d’Egletons et celui d’Ussel, il forme un ensemble coincé entre le Sillon Houiller à l’Est, le Massif de Millevaches au Nord et à l’Ouest, les formations de la moyenne Dordogne au Sud.

Document 1 : Granite de Meymac, extrait de la carte géologique au 10-6

document 2 : Localisation des points échantillonnés sur le granite de Meymac

d’après http://planet-terre.ens-lyon.fr

3) A l’aide des fonctionnalités du logiciel Open Office. Calc, déterminer l’âge du granite de Meymac.

Information : Compte tenu de la précision des mesures, l’âge de mise en place des granites peut être apprécié avec une incertitude d’environ 15 millions d’années.

Protocole : 

Ouvrir le fichier Granite-Meymac.ods joint 

  • Construire le graphique : les points seuls doivent apparaître !
  • Obtenir la courbe de tendance/régression et déterminer l’équation de la droite.
  • Entrer dans les cases nécessaires pour le calcul les valeurs (la valeur de λ dans la case A-B17, la valeur de a dans la case C-D17) puis la formule nécessaire pour le calcul de l’âge dans la cellule prévue à cet effet (dans la case A-B-C-D-E20) …vous obtenez alors l’âge du granite.

4) Disposer le graphique obtenu de telle façon à pouvoir imprimer le tout sur une page en mode portrait. (si le réseau fonctionne)

III – Données de densité

  1. Aller à un poste « Mesure de la densité » et suivre les consignes en considérant un échantillon de roche de la croûte continentale. Noter au fur et à mesure vos observations puis faire le calcul.

Protocole : On utilise une technique simple qui se fonde sur le fait que la masse volumique d’une roche est égale à sa densité par rapport à l’eau. On pèse donc précisément une roche (M) puis on estime son volume en la plongeant dans l’eau dans une éprouvette graduée (V). La valeur M/V exprimée en grammes par centimètre cube correspond à la masse volumique de la roche. La densité s’exprime sans unité.

 2) Compléter le tableau contenu dans le document ci-dessus

IV – Données pétrographiques

 matériel : roche + Lame correspondante + microscope polarisant.

  1.  Observer l’échantillon à l’œil nu : déterminer la texture de la roche et identifier les minéraux. 
  2. Observer la lame mince au microscope polarisant : confirmer ou infirmer vos observations faites à l’œil nu.

Utilisez la fiche technique de détermination des minéraux de roches plutoniques.

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