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Indiquer les temps d'arrivée d'ondes de volume successives (allure des hodochrones) pour 4 courbes de vitesse dans 4 milieux différents; pour vous aider un petit schéma indique sur une vue en coupe les allures des rais sismiques arrivant successivement aux points A, B, C, D et E.
Question annexe:
pour deux vitesses V2>V1 on a des angles
sin i(2) > sin i (1) et donc i(2) > i(1), ce qui fait que le
rai réfracté remonte vers la surface.
1 - Reportez sur le schéma les 3 principales
discontinuités vues en cours et le nom des 4 enveloppes.
en bleu: Moho, Gutenberg et Lehman
(d'après mes sources (Ophrys,
2003)la courbe du Bordas est inexacte pour cette
discontinuité, il faut la corriger: la discontinuité
existe à la profondeur de 5150 km avec réapparition des
ondes S et augmentation de la vitesse de propagation des ondes
P)
2 - Pourquoi n'a-t-on pas d'onde S mais les seules ondes P entre 5150
et 2900 km ?
Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui
ne propagent pas dans les liquides. Le noyau externe serait liquide,
ce qui expliquerait cette absence d'onde S.
Remarque:
Certains élèves ne comprennent pas comment une onde
S qui se propage dans le manteau peut brusquement "s'interrompre"
dans le noyau externe pour "réapparaître" dans le noyau
interne.
On peut répondre qu'il faut voir le signal sismique comme un
signal global qui comporte plusieurs composantes que
l'on sépare en ondes P, S et tant d'autres. Ce qui est
transmis dans toutes les enveloppes c'est le signal global qui
présente telle ou telle caractéristique, selon le
milieu qu'il traverse. Ainsi, quand le signal traverse le milieu du
noyau externe, il ne comporte pas de composante S (les ondes de
volume transversales ne se transmettent pas); alors que lorsqu'il
arrive dans le noyau interne, la composante S devient visible. Le
signal s'est transmis cependant dans tous les milieux conducteurs
d'ondes élastiques, solides ou liquides.
3 - La vitesse augmente-t-elle bien en fonction de la profondeur
selon les modèles simples que nous avions vus ?
Oui d'une façon générale.
Mais dans le détail on peut distinguer des couches dont
hétérogènes. Notamment une zone à faible
vitesse se situe sous une zone à une forte vitesse
située elle-même sous le Moho.
De plus, la vitesse peut augmenter (ou diminuer) non pas à
cause de la densité (et donc de la nature des roches composant
une couche) mais à cause de la pression et de la
température.
Que pouvez-vous en déduire sur
l'hétérogénéité ou
l'homogénéité du globe ?
Les 4 enveloppes vues en cours (croûte,
manteau, noyau externe et interne) sont donc globalement
homogènes mais dans le détail, c'est le manteau qui
présente l'hétérogénéité la
plus forte. et les deux enveloppes du noyau,
l'homogénéité la plus forte.
4 - la LVZ est une zone à faible vitesse située
proche de la surface, pouvez-vous la situer sous les océans et
les continents ?
La LVZ (Low Velocity Zone) est située
entre 100 et 200 km de profondeur. C'est la zone où les
vitesses des ondes de volume diminuent sur les courbes.
Elle marque, à sa limite supérieure, le bas de
la lithosphère qui comprend une couche de croûte et une
couche de manteau lithosphérique que vous porterez sur votre
schéma. La LVZ appartient à
l'asthénosphère.
5 - l'asthénosphère
correspond à une zone de transition des vitesses. La limite
inférieure se situe à 670 km (ou 700 km) et marque la
limite inférieure du manteau supérieur. A quoi
correspond-elle au niveau des vitesses ?
La courbe imprécise du Bordas ne permet
pas de bien voir que à partir de 650-700 km les vitesses des
ondes P et S augmentent régulièrement. C'est donc la
limite inférieure de la zone de transition des vitesses que
l'on nomme l'asthénosphère.
6 - la mésosphère correspond au manteau inférieur, situé entre l'asthénosphère et le noyau externe.
Réalisez les expériences ci-dessus avec un morceau de pâte à modeler puis avec un spaghetti à froid puis à chaud au-dessus de la flamme d'une bougie. Décrivez chaque expérience avec le vocabulaire adéquat.
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La pâte à
modeler ÉTAIT un matériau
élastique à froid et plastique à
chaud (une fois malaxée). Maintenant avec les
nouveaux produits alimentaires non toxiques, elle est
devenue plastique et fragile (elle se casse,
même à chaud); il est quasiment
nécessaire de lui adjoindre de l'eau pour qu'elle ait
un comportement ductile. |
La courbe du Bordas p 249 B2 présente sur un même schéma indiquant la température en fonction de la profondeur, le géotherme moyen et la courbe expérimentale de fusion (solidus) des péridotites
1 - calculez l'accroissement du géotherme (de combien de
degrés par kilomètre, la température
augmente-t-elle ?).
La température augmente de 1500°C
pour 500 km soit 3°C par km.
2 - le géotherme le plus faible est de 6°C par
kilomètre; le plus fort peut atteindre 100°C par
kilomètre. Comparer avec votre valeur.
A partir de 100 km de profondeur, le gradient
géothermique choisi est encore plus faible que celui pris
habituellement comme minimum (voir domaines du métamorphisme
dans le TP-TD2)
de 6°C par km pour les 30 premiers kilomètres,
c'est-à-dire dans la croûte et non comme ici dans le
manteau..
3 - La LVZ indique par son niveau supérieur la limite lithosphère-asthénosphère, que vous indiquerez sur votre schéma.
4- Indiquez sur le schéma les zones où la péridotite est solide et liquide.
Au niveau de la LVZ, la péridotite est-elle solide ?
Pourquoi ?
La péridotite devrait être solide
au niveau de la LVZ mais comme la LVZ correspond à la zone la
plus proche du solidus des péridotites, c'est aussi la zone
où elle peut le plus facilement passer à l'état
liquide. Si la nature n'est pas décrite par des courbes bien
droites il est facile d'imaginer que localement on observe une fusion
très partielle des péridotites au niveau de la
LVZ.
Comment qualifier son comportement vis-à-vis de la
déformation ? (voir vocabulaire partie 4)
Cette quasi-fusion ou fusion ponctuelle
rendrait la péridotite ductile (alors que la
lithosphère se caractérise par sa
fragilité).
Mêmes questions pour le manteau lithosphérique,
situé au-dessus de la LVZ et le manteau
asthénosphérique, situé sous la LVZ.
Le manteau lithosphérique est au
contraire la zone où les courbes du géotherme minimum
et du solidus des péridotites s'écartent le plus. En
s'éloignant d'une possible fusion de la péridotite on a
donc un milieu solide qui est fragile.