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TD3 – Nature des enveloppes terrestre: pétrologie et géochimie Etude de la vitesse de propagation des ondes sismiques (P et S):  discontinuités séparant.

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1 TD3 – Nature des enveloppes terrestre: pétrologie et géochimie Etude de la vitesse de propagation des ondes sismiques (P et S):  discontinuités séparant des enveloppes avec des propriétés physiques différentes (densité, rhéologie)

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3 Ces enveloppes sont aussi différentes d’un point de vue: (1) chimique (2) minéralogique Exercices: 1) Estimation des pourcentages en masse du noyau et du manteau 2) Comparaison des compositions de chondrite et de Terre totale – conclusions sur la formation de la Terre 3) Composition chimiques des enveloppes, roches et minéraux – liens génétiques 4) Fusion partielle du manteau et différenciation

4 Equation de mélange Terre totale = a*noyau + b*manteau avec a + b = 1 Ex1 – Estimation des pourcentages en masse du noyau et du manteau a = (FeOTerre - FeOManteau) / (FeONoyau - FeOManteau) a = (35,92 - 7,10)/(95,77 - 7,10) = 0,325 donc pourcentage massique du Noyau = 32,5% et du Manteau 67,5% FeOTerre = a*FeONoyau + (1-a)*FeOManteau

5 Règle du levier: la proportion de noyau dans la Terre totale est donnée par le bras de levier N opposé = N/(N+M) % M % N Terre noyau manteau

6 volume du Noyau = 4/3 pi (6370-2900) 3 = 1,7502 10 11 km3 volume total = 4/3 pi (6370) 3 = 1,0827 10 12 km3 % volumique du Noyau = 16% % massique du Noyau = 32,5%  Difference de densité

7 Ex2 – composition de la Terre et d’une chondrite C1 NoyauManteau primitif Terre TotaleChondrite C1 SiO 2 049.5233.4234.2 Al 2 O 3 03.572.412.44 FeO95.777.135.9235.8 MgO035.6924.0923.7 CaO02.821.901.89 Na 2 O00.290.200.98 K2OK2O00.030.020.1 MnO00.120.080.23 TiO 2 00.160.11 P2O5P2O5 00.020.010.41 Cr 2 O 3 00.410.280.27 NiO5.760.252.042.1 CoO0.270.010.090.06 somme101.899.97100.56102.29 SiO2 Terre = a*SiO2 Noyau + b*SiO2 Manteau

8 Ex3 – composition chimiques des croûtes et du manteau Enveloppes Roches Minéraux Echelle  COMPOSITION CHIMIQUE

9 enveloppe Chaque enveloppe se caractérise par une composition chimique différente (cf exo 1 et 2 – cas du manteau et noyau) SiO 2 Al 2 O 3 FeOMgOCaONa 2 OK2OK2OTiO 2 H2OH2O Croûte continentale supérieure66,015,24,52,24,2 3,9 3,4 0,5 1,5 inférieure54,416,110,66,38,5 2,8 0,34 1,0 Croûte océanique50,515,310,47,611,3 2,7 0,11 1,62 0,4 Manteau supérieur453,67,5412 0,2 0,1 0,5 0,1 Manteau inférieur (primitif calculé) 49,523,577,1035,692,82 0,29 0,03 0,160,15 Dans chaque enveloppe roche Dans chaque enveloppe, on trouvera une série de roche qui lui est propre

10 Chaque roche se caractérise par une composition chimique SiO 2 Al 2 O 3 FeOMgOCaONa 2 OK2OK2OTiO 2 H2OH2O Granite701431,3 2,543,50,41 Andésite5817 7,53,3 6,8 3,51,60,9 0,8 Basalte océanique4714 11 131020,5 2 Lherzolite45 1,7 7,5 43 1,5 0,20,1 0 Harzburgite42 0,57 50 0,1 0 0 minéraux Une roche est constituée de minéraux. La composition minéralogique d’une roche est fonction de la composition chimique de la roche et des conditions de cristallisation (P, T…)

11 Composition minéralogique des roches (Diagrammes de Streickeisen) – roches riches en minéraux clairs Proportion modale de Quartz – Plagioclase – Feldspath alcalin

12 Composition minéralogique des roches ultrabasiques (roches avec moins de 10 % de mineraux clair) Proportion modale d’olivine, cpx et opx

13 Chaque minéral a sa propre composition chimique Exo3: calcul du % en poids de SiO2 et MgO des minéraux => calcul des masses molaires (g/mol ou g.mol -1 ) des oxydes SiO 2 Al 2 O 3 FeOMgOCaONa 2 OK2OK2OTiO 2 H2OH2O 6010271,840,35662948018 => calcul des masses molaires des minéraux => calcul du pourcentage en poids de SiO2 et MgO dans chaque mineral

14 masse molaire olivineMg 2 SiO 4 ou (2MgO + SiO 2 )2*40,3+60 = 140,6 pyroxèneCa Mg Si 2 O 6 ou (CaO + MgO + 2SiO 2 )56+40,3+2*60 = 216,3 feldspath Ca (anorthite) Ca Si 2 Al 2 O 8 ou (CaO + Al 2 O 3 + 2SiO 2 ) 56+102+2*60 = 278 feldspath Na (albite) Na Si 3 AlO 8 ou (1/2 Na 2 O + 1/2 Al 2 O 3 + 3SiO 2 ) 62/2 + 102/2 + 3*60 = 262 feldspath K (orthose) K Si 3 AlO 8 ou (1/2 K 2 O + 1/2 Al 2 O 3 + 3SiO 2 ) 94/2 + 102/2 + 3*60 = 278 => calcul des masses molaires des mineraux

15 => calcul du pourcentage en poids de SiO2 et MgO dans chaque mineral Cas de l’olivine (Mg2 SiO4) Dans 1 mole d’olivine  1 mole de SiO2  2 mole de MgO Connaissant les masses molaire (masse par mole) % en poids de SiO2 dans Mg2SiO4 = M SiO2 / M Mg2SiO4 * 100 % en poids de MgO dans Mg2SiO4 = M MgO / M Mg2SiO4 *2 * 100

16 => calcul du pourcentage en poids de SiO2 et MgO dans chaque mineral % SiO 2 %MgO quartzSiO2100- olivineMg 2 SiO 4 ou (2MgO + SiO 2 )42,7757,33 pyroxèneCa Mg Si 2 O 6 ou (CaO + MgO + 2SiO 2 )55,4818,63 feldspath Ca (anorthite) Ca Si 2 Al 2 O 8 ou (CaO + Al 2 O 3 + 2SiO 2 )43,17- feldspath Na (albite) Na Si 3 AlO 8 ou (1/2 Na 2 O + 1/2 Al 2 O 3 + 3SiO 2 ) 68,70- feldspath K (orthose) K Si 3 AlO 8 ou (1/2 K 2 O + 1/2 Al 2 O 3 + 3SiO 2 ) 64,75-

17 Diagramme Sio2 vs MgO Manteau sup Manteau inf Croûte cont inf Croûte ocean. Croûte cont sup

18 Manteau olivine pyroxene Manteau sup Manteau inf harzburgite lherzolite Anorthite

19 Croûte basique – cr. continentale inférieure et cr. océanique Croûte cont inf Croûte ocean. pyroxène Basalte océanique Andésite Anorthite

20 Croûte continentale supérieure Croûte cont sup fK Granite Albite

21 Notion de différenciation chimique par fusion partielle Exemple de la croûte océanique et du manteau fusion partielle: roche init P = liquide B + résidu solide (Rs) application numérique dans le cas d’un taux de fusion partielle de 25 %: SiO 2 Al 2 O 3 FeOMgOCaONa 2 OK2OK2OTiO 2 H2OH2O P : roche initiale444840,32,50,50,10,5 0,1 Rs : résidu solide42,50,6749,70,100 0 ß : liquide produit 48,514,21112,19,720,41,7 0,4

22 Roche initiale liquide Résidu solide % residu % liquide

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