A2/ Etude
de la lithosphère par
sismologie / logiciels sismolog, excel et
densitométrie
Au début du 20ème siècle, la découverte de la discontinuité du
Moho qui sépare le manteau et la croute, la mise en évidence de la
distribution bimodale des altitudes et l’étude des ondes sismiques
mettent en évidence une différence de roches entre la croute
océanique, la croute continentale et les roches du manteau.
On a pu déterminer que la vitesse des ondes sismiques était plus
importante dans le manteau que dans la croute océanique, elle
même plus importante que dans la croute continentale. La vitesse
d’onde sismique est influencée par la densité des roches.
Problème :
quelles
sont les caractéristiques des roches du sous-sol des domaines
continental, océanique et du manteau ?
Objectif 1 : Déterminer quelles roches
appartiennent à quel domaine grâce à l’étude des densités.
Matériel :
-
une balance
- deux
éprouvettes graduées
- un
bécher
- 3
échantillons de roches
Ressource 1:
Tableau montrant la vitesse des ondes en fonction du domaine qui les
traversent, (source : académie de Montpellier)
- Roche appartenant au domaine :Echantillon :Vitesse des ondesContinental26,25Océanique16,75mantellique38
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une
situation problème (durée 5 min)
Proposer une démarche de résolution permettant de répondre au
problème
Votre réponse s’accompagnera des résultats attendus
Appeler le professeur pour vérifier votre proposition
Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution
Mettre
en œuvre le protocole pour montrer que la différence de vitesse
dépend de la densité
Appeler
l’examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement
obtenir une aide.
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
Sous la
forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les
communiquer
Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au
problème
Exploiter
les résultats pour déterminer quels échantillons appartiennent à
quel domaine grâce à l’étude de la densité.
Objectif 2 : Déterminer l’épaisseur
du moho grâce à l’étude des ondes sismiques.
Matériel :
-
logiciel sismolog
-
Fichier excel
Détermination de la profondeur du Moho à partir de la lecture de
sismogrammes :
Trajet
des ondes directes et réfléchies depuis le foyer du séisme jusqu’à
la station d’enregistrement
La détermination de la profondeur H du Moho est basée sur le trajet
des deux trains d’ondes P recueillis par certaines stations :
les ondes P directes et les ondes P indirectes (ondes PmP ayant subi
une réflexion sur la discontinuité de Mohorovicic). À partir de la
mesure du retard des ondes PmP par rapport aux ondes Pg, on obtient
la valeur de H.
La
formule mathématique conduisant au calcul du Moho à partir de la
mesure du retard t
(= TPmP – TP) des ondes PmP par rapport aux ondes P est :
V = vitesse des ondes P dans la croûte. On admettra que la croûte
continentale propage les ondes P à la vitesse de 6,25 km.s-1.
Repérage des ondes PmP sur un sismogramme
Informations sur le
séisme du 19 janvier 1991 enregistré par la station
OG02 (Annemasse) :
profondeur
du foyer = 11 km ; distance (station, épicentre) = 63,3 km
Protocole :
-
Avec le logiciel Sismolog :
-
Ouvrir le sismogramme (Fichier/ Ouvrir un séisme de la base) sélectionné le séisme du 19/01/1991.
-
Désélectionner tous les tracés sauf OG02
-
Pointer l’arrivée des ondes PmP (voir précautions ci-dessous) et déterminer le retard des ondes PmP, en secondes, par rapport aux ondes P directes.
-
Avec le tableur : saisir toutes les données utiles et calculer la profondeur du Moho
Résultats
& CORRECTION
-
Roche appartenant au domaine :Echantillon :Vitesse des ondesDensitéÉchantilonContinental26,252,7graniteOcéanique16,752,9basaltemantellique383,péridotite
Séisme
du 19/01/1991 :
-
Sismogramme reçu par la station OG02 (Annemasse).
Profondeur
focale h = 11 km
Distance épicentrale Δ = 63,3 km
Distance épicentrale Δ = 63,3 km
Arrivée
des ondes P à 3 h 12 min 15,580 s
Arrivée des ondes PMP à 3 h 12 min 18,540 s
Arrivée des ondes S à 3 h 12 min 23,080
Arrivée des ondes PMP à 3 h 12 min 18,540 s
Arrivée des ondes S à 3 h 12 min 23,080
Retard
des ondes PMP δt = 2,96 s
Profondeur du Moho H = 32,1 km
Profondeur du Moho H = 32,1 km
2,95- à
3,02 seconde de retard => entre 31 et 31.5 km de profondeur du
Moho.
