CORRIGE DU DS N6 - Free

CORRIGE DU DS N6
Exercice 1. 1. Expliquer, schéma à l'appui, la fusion d'un mélange binaire de minéraux
immiscibles à l'état solide.
Cf exemple vu en cours : cas d'un mélange diopside (cpx) / plagioclase (sur
le schéma, 70 % pgcl et 30 % Di). Lorsque R1 atteint la température du solidus, elle commence à fondre, selon
la réaction eutectique :
Di + An ( Liquide
Le liquide eutectique formé a une composition différente de R1 : il a la
composition de l'eutectique et ceci quelle que soit la composition du
solide initial.
Dans le cas étudié, il est plus riche en Di que la roche initiale, donc la
quantité de Di dans la roche diminue plus vite que celle du plagioclase. R1
se déplace, vers la droite, le long du solidus.
Lorsque tout le Di est consommé par la réaction, la réaction de fusion
eutectique s'interrompt.
Si la température continue d'augmenter, l'anorthite fond et modifie la
composition du magma dont la composition suit la courbe liquidus. La
composition du jus (liquide) évolue avec la température donc avec le taux
de fusion partielle.
La proportion de cristaux d'anorthite diminue jusqu'à disparaître : lorsque
la fusion est totale, le liquide L1 a la même composition que la roche R1. 2. Dans un processus de fusion partielle, que représentent les quatre
roches du tableau ? Justifier votre réponse.
Le MORB et le basalte intra-océanique sont des roches volcaniques qui
résultent du refroidissement rapide d'un liquide magmatique. La lherzolite
et la harzburgite sont deux roches mantelliques. Or la fusion partielle du
manteau est à l'origine de la plupart des magmas. L'une de ces roches peut-
elle être à l'origine d'un magma donnant des basaltes MORB et OIB ? On constate que les deux basaltes sont plus riches en silice que les roches
mantelliques. Or on sait que la silice passe préférentiellement dans le
liquide magmatique résultant d'une fusion partielle. Ainsi, un solide
initial ne peut pas être plus riche en silice que les roches résultant du
refroidissement du liquide issu de la fusion partielle de ce solide
initial. Ces conditions sont bien remplies par les deux roches mantelliques
du tableau Il s'agit maintenant de déterminer laquelle de ces roches est le solide
initial, laquelle est le solide résiduel après la fusion partielle. Lors de
la fusion partielle, les éléments incompatibles (silice, alcalins dont le K
en particulier) passent préférentiellement dans le liquide magmatique :
ainsi, le solide résiduel est nécessairement appauvri en ces éléments par
rapport au solide initial. On peut donc en conclure que la lherzolite est
le solide initial, la harzburgite est le solide résiduel. 3. A partir de chacun des huit pourcentages d'oxydes, calculer un taux de
fusion partielle, pour chacun des basaltes.
Pour les calculs du taux de FP (tau) : ? = ( Xsolide initial - Xsolide
résiduel ) / (Xliquide - Xsolide résiduel)
| |solide |solide |MORB |tx FP |IOB |tx FP' |
| |initial |résiduel | | | | |
|SiO2 |45,1 |42,1 |48 |0,51 |46,53 |0,68 |
|TiO2 |0,2 |0,1 |2,4 |0,04 |2,28 |0,05 |
|Al2O3 |3,6 |0,5 |14,5 |0,22 |14,31 |0,22 |
|CaO |2 |0,1 |10 |0,19 |10,32 |0,19 |
|Na2O |0,2 |0,1 |2,2 |0,05 |2,85 |0,04 |
|K2O |0,1 |0 |0,4 |0,25 |0,84 |0,12 |
|FeO |7,5 |7 |11 |0,13 |12,32 |0,09 |
|MgO |41,3 |50,1 |13 |0,24 |9,54 |0,22 |
4. Les résultats obtenus pour une même roche sont-ils cohérents entre eux ?
Si ce n'est pas le cas, expliquer pourquoi et préciser quelle est la
meilleure estimation du taux de fusion partielle.
Non, les résultats ne sont pas cohérents, car les éléments chimiques n'ont
pas tous le même comportement vis-à-vis des phases solides et liquides :
- Certains passent préférentiellement dans la phase liquide car leur rayon
ionique (plus d'autres caractères) les gêne pour s'intégrer dans les
réseaux cristallins : ils sont dits incompatibles ou magmatophiles.
- Les autres sont dits compatibles et restent préférentiellement dans la
phase solide.
Ainsi, pour calculer un taux de fusion partielle, il faut prendre en compte
un élément magmatophile. Le potassium est un bon indicateur. 5. Comparer les résultats obtenus pour les deux basaltes et commenter.
En ce qui concerne le basalte de dorsale, le taux de fusion partielle est
de 25 %. Ce résultat est cohérent avec ce que l'on sait. Le taux de fusion
partielle est assez élevé dans le contexte des dorsales.
En ce qui concerne le basalte intra-océanique, le taux de fusion partielle
est bien moins important : il est de 12 % ici. Dans un contexte de point
chaud, un taux de fusion partielle faible, de l'ordre de 5 %, produit un
magma basaltique alcalin. Néanmoins dans le cas de points chauds
particulièrement actifs comme Hawaï, le taux de fusion partielle peut
atteindre 20 % (et on obtient alors un liquide basaltique tholéiitique, ce
qui montre bien que le solide initial est le même dans les deux cas). Exercice 2.
En simplifiant beaucoup, on admettra qu'un basalte A est formé de 50 % de
Di et de 50 % de labradorite (60 % d'An / 40 % d'Ab). 1. Tracer sur un diagramme ternaire l'allure des surfaces de liquidus du
mélange (diopside - anorthite - albite).
Le diagramme ternaire ci-contre a été obtenu en utilisant les données
numériques de l'énoncé. A partir des températures de fusion des phases, on
peut tracer approximativement les isothermes.
Il n'y a pas d'eutectique ternaire, puisque An-Ab constituent un mélange à
miscibilité complète. Ainsi, on place seulement une courbe cotectique, qui
relie E1 à E2. Cette courbe sépare les surfaces de liquidus du domaine de
cristallisation du diospide (en haut) et du domaine de cristallisation des
solutions solides des plagioclases An-Ab (en bas). 2. Tracer alors et commenter la courbe d'évolution du liquide lors de la
cristallisation du basalte choisi, sachant que la dernière goutte de
liquide cristallise sur E1-E2 en C (anorthite 20 % ; albite 50 % ;
diopside 30 %).
La courbe d'évolution de la composition du liquide basaltique A est ABC.
En A, les premiers cristaux de diopside apparaissent. Ils le font de
manière continus jusqu'en B, lors de l'abaissement de la température.
En B apparaissent simultanément le diopside et le plagioclase riche en
anorthite. Le liquide se déplace donc vers E2. Au fur et à mesure de la
cristallisation, les plagioclases sont de moins en moins riches en An.
Lors de la cristallisation de la dernière goutte de liquide en C, le
plagioclase de la roche (solution solide An-Ab) aura la composition de la
labradorite (An60).
Remarque : E1E2 pouvait être représenté par une droite
II- Magmatisme et géodynamique II- 1 Le volcanisme des îles 1.
A/
On constate une relation grossièrement linéaire ; cependant, le point
correspondant à l'île de Méhétia est excentrée par rapport au nuage de
points constitué par les autres îles. La relation est clairement linéaire
en fait de Tahiti à Tupaï. Pour ces îles, il y a proportionnalité entre la
distance à Méhétia et l'âge supposé de l'île.
Interprétation :
Les îles sont volcaniques et situées loin de toute dorsale. Elles sont donc
produites par le fonctionnement d'une source mantellique ponctuelle, un
point chaud. Actuellement le point chaud semble être sur Mehetia et ce
depuis 100000 ans environ. Tout se passe donc comme si pour cet alignement
d'îles terminé par Méhétia, qui montre une activité volcanique récente, la
même source mantellique avait alimenté successivement les différents
édifices. Il y a donc un déplacement relatif de la source mantellique
profonde et de la croûte océanique sus-jacente. L'hypothèse la plus
probable est que cet alignement résulte du déplacement de la plaque
Pacifique au dessus d'un point chaud dont le déplacement est nul ou très
faible.
Une illustration était la bienvenue.
Le cas particulier de Mehetia est probablement du à une imprécision dans
les estimations des âges des autres îles ; l'hypothèse d'un changement dans
la vitesse de déplacement étant peu probable car la variation serait
énorme. Mehetia étant à l'Est de l'alignement et étant l'île la plus jeune la
dorsale est forcément à l'Est de l'archipel.
Le coefficient directeur de la droite reliant les points dans le graphe
fournit directement la vitesse d'expansion en km. Ma-1. Une multiplication
par 0.1 fournit la vitesse en cm.an-1. On trouve v = 11.5 cm. an-1 ; il
faut multiplier par deux soit v = 23 cm. an-1. Ce qui est très important et
correspondant à une dorsale (très) rapide.
B/
Par rapport à la péridotite source, le basalte échantillonné est plus riche
en éléments alcalins (Na ,K) . N'ayant pas les pourcentages pondéraux de la
péridotite résiduelle, on ne peut calculer le taux de fusion partielle mais
la grande richesse (en pourcentages pondéraux ) des basaltes en alcalins
suggère une concentration importante ; le rapport pour le potassium de sa
concentration dans la péridotite sur celle dans le basalte donne 0.05
environ (le potassium y est concentré d'un facteur 20) ; le taux de fusion
partielle serait de l'ordre de 5% , c'est un taux faible en accord avec ce
que l'on connaît des taux de fusion type point chaud. La pression lithostatique est celle exercée par le poids de la colonne de
magma située au dessus de la surface . Cette pression est égale au poids
ramené à l'unité de surface