LE VOLCANISME. -...

LE VOLCANISME.

Introduction : La Terre possède sur les cinq continents plus de 1500 volcans (et bien davantage sous les océans) qui sont aujourd’hui considérés comme actifs ; chaque année en moyenne 60 d’entre eux entrent en éruption. Ces éruptions volcaniques peuvent être spectaculaires mais peu dangereuses comme celle de l’Etna ou parfois excessivement violentes et redoutables comme celle du Vésuve qui détruisit Herculanum et Pompéi en 79 AP JC.

I ) L’identification de deux types de volcanisme.

1) Les éruptions effusives des volcans "rouges" : (exemple : Le Piton de la Fournaise).

Piton de la Fournaise( île de la Réunion ).

Signes précurseurs.

Produits émis

Séismes

- Gaz.- Matériaux volcaniques (scories, bombes volcaniques).- Coulées de lave fluide.

Piton de la Fournaise( île de la Réunion ).

Température des émissions volcaniques

Vitesse de progression des

émissions volcaniques.

Type d’activité

Lave à plus de 1000 °C

Vitesse de la coulée de lave : 6 Km / jour (= 250 m / h)

EFFUSIF

Le Piton de la Fournaise est en éruption quasi permanente.

Piton de la Fournaise( île de la Réunion ).

Édifice forméL’accumulation des produits émis depuis des centaines de milliers d’années ont formé un cône.

Piton de la Fournaise( île de la Réunion ).

Conséquences sur les paysages.

- Destructions : habitations (incendies), infrastructures (routes) …limitées aux zones des coulées.

- Formation d’un cône avec un cratère.

- Agrandissement de l’île grâce aux coulées.

Modifications lentes et progressives.

Éruption du Piton de la Fournaise (île de la Réunion) Automne 2006

b) En vous aidant de la photographie d’une coulée de lave en cours de refroidissement, proposer une hypothèse qui explique les différences observées à la question précédente.

Coulée de lave en cours de refroidissement.

Activité volcanique . . . . . . . . . . . . . . . EFFUSIVE.

Cheminée

principale

Cône

CratèreCheminéesecondaire

Coulée de lave fluide

Projections

2) Les éruptions explosives des volcans "gris" : (exemple : La Soufrière Hills).

Soufrière Hills (Montserrat)

Signes précurseurs.

Séismes

Soufrière Hills (Montserrat)

Produits émis

- Grande quantité de gaz (violentes explosions).

- Panache de gaz et de cendres s’élevant jusqu’à 18 Km d’altitude.

- Nuée ardente (mélange de gaz chauds, de cendres et de blocs rocheux).

- Lave visqueuse, restant à l’intérieur du cratère, formant un dôme.

Soufrière Hills (Montserrat)

Température des émissions volcaniques

Vitesse de progression des

émissions volcaniques.

Type d’activité

650 °C (pour la nuée ardente)

150 Km / h (pour la nuée ardente).

EXPLOSIF

Soufrière Hills (Montserrat)

Édifice formé

- Formation d’un dôme au sommet par accumulation de lave visqueuse.

- Accumulation de produits volcaniques sur les pentes.

Soufrière Hills (Montserrat)

Conséquences sur les paysages.

- Destruction d’une ville. - Dépôts de lapilli et de cendres sur une grande épaisseur.- Volcan éventré.- Nouveau dôme au sommet.- Zones dévastées par les nuées ardentes.

Modifications brutales et profondes.

Éruption de la Soufrière de Montserrat

Après les éruptions,

Plymouth est entièrement

ensevelie sous des milliers de tonnes

de roches et de cendres.

Panache de gaz et de cendres

Nuée ardente

Dôme de lave visqueuse

Cheminée principale

Activité volcanique

EXPLOSIVE

Volcan « ROUGE » Volcan « GRIS »

EXPLOSIF

FIN

Problème : Comment expliquer les différents dynamismes éruptifs observés ?

II ) L’origine des éruptions volcaniques.

Activité 2 : Un volcan : un point de sortie du magma.

1) L’origine de la lave.

A2) D’après la réponse à la question D1 de l’activité 1 du chapitre sur les séismes, que laisse supposer l’absence de séismes à une certaine profondeur à l’aplomb du volcan sur le doc 1 p 158.

A2) Les séismes indiquent des ruptures de roches à l’état solide, une zone dépourvue de séismes indique que cette zone est constituée de matériaux à l’état liquide : c’est un réservoir de magma situé en profondeur sous l’édifice volcanique.

B2) À l’aide des docs 2 et 3 p 158 et des informations du texte ci-dessous compléter le schéma :

L’édifice volcanique (cône ou dôme) n’est que la partie superficielle d’un appareil qui s’étend en profondeur. Sous presque tous les volcans, à une profondeur variant entre 10 et 30 Km se trouve une chambre magmatique (réservoir rempli de magma situé à l’aplomb du volcan). Le magma qui prend naissance en profondeur par fusion partielle d’un volume restreint de roches, monte jusqu’à ce réservoir. Il y séjourne un certain temps, parfois plusieurs siècles, avant le déclenchement de l’éruption. Une éruption volcanique correspond donc à la reprise de l’ascension du magma, depuis la chambre magmatique jusqu’à la surface via un réseau de fractures, de réservoirs superficiels et de cheminées.

10 à 35 Km

Schéma de la structure interne du Piton de la Fournaise.

Chambre magmatique profonde

Chambres magmatiques superficielles

CheminéeCratère

Fractures

70 à 200 Km

C2) Tracer à l’aide de flèches rouges le chemin emprunté par le magma depuis son lieu de formation jusqu’à son lieu d’épanchement en surface.

10 à 35 Km

70 à 200 Km

La lave qui s’épanche en surface lors des éruptions provient d’un magma formé en profondeur à partir de la fusion d’une petite quantité de matière minérale ; le magma peut s’accumuler dans des réservoirs qui alimentent les volcans.

Problème : Comment le magma remonte - t’il à la surface ?

2) Le moteur de l’éruption.

Activité 3 : Le moteur des éruptions volcaniques.

Dans la chambre magmatique, la forte pression maintient les gaz dissous dans le magma (de même, dans une bouteille de soda fermée, le liquide est sous pression, on ne voit pas de bulles : les gaz sont dissous dans le liquide).

Lorsque le magma remonte lentement vers la surface, la pression

diminue et les gaz dissous quittent le magma en formant des bulles. Ce dégazage accélère la montée du magma et entraîne la sortie de la lave à la surface (de même, après ouverture de la bouteille de soda, des bulles de gaz apparaissent sous l’effet de la décompression et entraînent le liquide hors de la bouteille).

Lors de la remontée du magma, les bulles piégées explosent en

libérant leur gaz.

Nous avons étudier dans le I ) deux types d’activités volcaniques très différentes : les éruptions effusives et les éruptions explosives ; dans les deux cas, la quantité de gaz initialement présente dans le magma est la même alors : Comment expliquer des activités volcaniques si différentes ?

Hypothèse : C’est la différence de viscosité entre les 2 typesde magma (visqueux ou fluide) qui explique les différences entre les 2 types d’activités volcaniques (explosive ou effusive).

Expérience : Mettre sur un plan incliné une goutte de mélange Ketchup + eau et une goutte de purée. Lequel descend le plus rapidement le plan incliné ? : Le mélange ketchup + eau.

Schématisez l’expérience réalisée sur le bureau :

Schématiser l’expérience réalisée sur le bureau :

Tube 1

Tube en verre

Cachet effervescent + eau

Bouchon

Mélange Ketchup +

eau

Bouchon

Tube 2

Tube en verre

Cachet effervescent + eau

Bouchon

Purée

Résultats : Comparer le comportement des bulles de gaz et du contenu du tube dans les deux cas :

Tube 1 :

Tube 2 :

Les bulles progressent facilement dans le mélangeet permettent son ascension rapide dans le tube et son écoulement.

Les bulles n’arrivent pas à progresser facilement, elles s’accumulent sous la purée, ce qui augmente la pression sur le bouchon de gauche et le font sauter brutalement puis la purée sort difficilement du tube.

Interprétation : Chercher à quoi correspond chacun des éléments utilisé dans l’expérience dans la réalité des volcans. Noter ces équivalences à l’aide du signe ⇔ sur le schéma de l’expérience.

Tube 1

Tube en verre

Cachet effervescent + eau

Bouchon

Mélange Ketchup +

eau ⇔

Gaz dissous dans le magma

⇔

⇔

Magma

fluide

Cheminée

⇔

Forte pression

Tube 2

Tube en verre

Cachet effervescent + eau

Bouchon

Purée

Bouchon

Magmavisqueux

⇔⇔

Cheminée

⇔Forte pression

⇔

Gaz dissous dans le magma

⇔Bouchon de lave = Dôme

Conclusion :

Les gaz contenus dans le magma sont les éléments moteurs d’une éruption : ils entraînent avec eux le magma vers la surface.

Lors d’une éruption effusive : le magma est fluide donc les gaz remontent sans peine vers la surface où la lave s’épanche facilement en coulées de lave.

Lors d’une éruption explosive : le magma est visqueux donc les gaz se trouvent piégés et s’accumulent dans des poches d’où l’activité explosive qui projette des matériaux.

Dans le réservoir, les gaz sous pression entraînent la montée du magma, qui s’épanche à la surface sous forme de lave.

Les gaz s’échappent facilement des magmas fluides d’où les coulées, mais plus difficilement des magmas visqueux provoquant ainsi des explosions.

Toute lave arrivant en surface donne, en se refroidissant, une roche volcanique. Quelles sont les caractéristiques communes à ces roches à différentes échelles ? Les différents constituants d’une roche volcaniques se forment-ils en même temps ?

III ) Du magma à la roche.

1) Observation macroscopique (à l’œil nu) de roches volcaniques.

Activité 4 : Étude macroscopique de deux roches volcaniques.

• Doc 1 p 160 : Au Piton de la Fournaise, les longues coulées de laves fluides sont à l’origine de roches sombres : les basaltes.

À la Soufrière Hills, le dôme de lave très visqueuse donne une roche plus claire : l’andésite.

Basalte provenant d’une coulée de lave fluide du Piton de la Fournaise. Certains cristaux sont visibles à l’œil nu.

Andésite provenant du dôme de la Soufrière Hills.

Problème : Comment peut-on expliquer l’existence de roches volcaniques différentes ?

B4) À l’aide de vos observations à l’œil nu des deux roches remplir le tableau ci-dessous.

A4) Proposer une hypothèse à ces différences.

A4) Les compositions chimiques différentes des magmas sont à l’origine de roches volcaniques différentes.

► Couleur et aspect de l’échantillon. ► Couleur et répartition des minéraux.

Remarque : on appelle phénocristal, les grands cristaux (« grain ») visibles à l’œil nu.

basalte andésiteType de magma

d’origine

Aspect de la roche

Couleur de la roche

Présence de bulles = vacuoles.

Cristaux visibles à l’œil nu

= Phénocristaux

Fluide(éruption effusive)

Visqueux(éruption explosive)

Pâte homogène avec des cristaux visibles

Noire Gris clair

Beaucoup de vacuoles

Très peu de vacuoles

Phénocristaux Phénocristaux

Le refroidissement de laves plus ou moins fluides, donc de composition différente, donne des roches différentes : les laves fluides donnent des roches sombres comme le basalte, les laves visqueuses donnent des roches claires comme l’andésite.

Les roches volcaniques renferment des grains appelés cristaux noyés dans une pâte homogène.

2) Observation microscopique de roches volcaniques.

Activité 5 : Observation des lames minces des deux roches volcaniques au microscope. Doc 2 p 160.

► Les roches volcaniques peuvent contenir :

- Des PHÉNOCRISTAUX , cristaux de grande taille, visibles à l’œil nu. - Des MICROLITES, petits cristaux allongés, invisibles à l’œil nu. - Du VERRE , qui est une partie non cristallisée de la roche (le fond de la roche est noir).

Lame mince de basalte observée au microscope polarisant. Grossissement : x 40.

Phénocristal

Microlite

Verre

Lame mince d’andésite observée au microscope polarisant. Grossissement : x 40.

Phénocristal

Microlite

Verre

basalte andésite

Phénocristaux

Microlites

Matière minérale non cristallisée =

verre

Structure

Phénocristaux Phénocristaux

Microlites Microlites

Verre Verre

► La STRUCTURE d’une roche est la disposition des minéraux les uns par rapport aux autres :

La roche est hémicristalline quand elle est formée de cristaux et de verre. Si la roche comprend surtout des microlites, la structure est qualifiée de microlitique.

La roche est holocristalline quand elle est constituée entièrement de cristaux : - qualifiée de grenue si elle est composée uniquement de phénocristaux. - qualifiée de microgrenue si les cristaux sont invisibles à l’œil nu.

À l’aide de ces informations, déterminer la structure de chacune des roches volcaniques.

Hémicristallinemicrolitique

Hémicristallinemicrolitique

basalte andésite

Phénocristaux

Microlites

Matière minérale non cristallisée =

verre

Structure

Phénocristaux

Microlites

Verre

Phénocristaux

Microlites

Verre

Les roches volcaniques sont constituées :

- de cristaux visibles à l’œil nu = phénocristaux.

- de cristaux microscopiques = microlites.

- d’une partie non cristallisée = le verre.

On dit que leur structure est hémicristalline.

Problème : Comment expliquer la structure hémicristalline commune à toutes les roches volcaniques alors que celles-ci sont issues de magmas de compositions chimiques différentes ?

3) Formation des roches volcaniques.

Activité 6 : Refroidissement des laves et formation des roches volcaniques.

Observation : En cours, nous avons vu que les roches volcaniques ont une structure particulière : la structure hémicristalline (la roche volcanique est formée en partie de cristaux et en partie de matériel non cristallisé = le verre).

Problème : À quoi est due cette structure hémicristalline propre aux roches volcaniques ?

A6) Aspects d’un basalte selon sa position à l’intérieur d’une coulée refroidie.

Deux échantillons de basalte sont prélevés au niveau d’une coulée refroidie et solidifiée : l’échantillon A au cœur de la coulée et l’échantillon B en surface de la coulée.

A

B

Coulée de basalte refroidie : on prélève un échantillon A au cœur de la coulée et un échantillon B en surface.

A

B

Échantillon A au cœur de la coulée : de nombreux

cristaux noyés dans une pâte.

Échantillon B en surface de la coulée : Quelques cristaux

noyés dans une pâte.

a) Observer les deux lames minces tirées de ces échantillons et comparer leurs constituants (nombre : de phénocristaux, de microlites ; abondance du verre). Remplir le tableau (++ : très abondant ; + : abondant ; 0 : absence).

Lame mince de basalte A

(cœur de la coulée)

Lame mince de basalte B

(surface de la coulée)

Basalte A (cœur de la coulée).

Basalte B (surface de la coulée).

Phénocristaux

Microlites

Verre

+

+ +

+ + +

+

+=

<

>

Hypothèse : la vitesse de refroidissement du basalte plus rapide en surface (la lave forme une croûte) qu’au cœur de la coulée doit agir sur la formation des minéraux.

B6) La cristallisation de la vanilline : une modélisation de la cristallisation des roches volcaniques.

Implication vérifiable : si la structure hémicristalline est due à des différences de températures lors du refroidissement des laves alors je dois observer des différences dans la taille des cristaux de vanilline selon la température de refroidissement.

a) L’expérience (Doc 4 p 161) : représenter précisément les dispositifs expérimentaux et les résultats des 3 expériences de refroidissement (lent, rapide et très rapide).

Refroidissement très lent ( température de 25°C)

Refroidissement assez lent (température de 20°C)

Refroidissement assez rapide (10°C)

Refroidissement rapide (5°C)

Refroidissement très rapide (avec un bloc de froid très froid)

b) Proposer une interprétation de vos résultats.

B6) b) Lorsque le refroidissement est lent, les gros cristaux ont le temps de se former, lorsque le refroidissement est rapide seuls les petits cristaux ont le temps de cristalliser. Quand le refroidissement est très rapide, les cristaux n’ont pas le temps de se former, on obtient une pâte homogène = verre.

c) Rédiger une conclusion en relation avec l’hypothèse de la question A6) b).

B6) c) La vitesse de refroidissement influence la formation et la croissance des cristaux.

C6) Refroidissement du magma au cours de sa remontée vers la surface.

En arrivant à la surface, le magma est déjà en partie cristallisé, signe qu’il s’est déjà refroidit lors de sa remontée. Le refroidissement d’un magma s’effectue en trois principales étapes qui conduisent aux trois principaux constituants de la structure hémicristalline des roches volcaniques. Doc 3 p 161.

Remarques : - le magma peut séjourner plusieurs années dans la chambre magmatique. - lors de sa remontée, le magma se trouve au contact des parois de la cheminée qui sont relativement plus froides que lui.

Présenter vos conclusions sur le schéma ci-dessous en utilisant les informations obtenues d’après la cristallisation de la vanilline et les remarques ci-dessus.

Chambre magmatique

Cheminée

SurfaceVitesse de refroidissement

LENT

TRÈS RAPIDE

RAPIDE

Chambre magmatique

Cheminée

Surface Structure de la roche

Phénocristal

Magma

Verre

Microlites

Magma

La structure hémicristalline des roches volcaniques est le résultat d’un refroidissement par étapes du magma :

- d’abord lent, en profondeur, qui entraîne la formation de gros cristaux.

- puis rapide (lors de la remontée dans la cheminée) qui est à l’origine des microlites et d’un verre (se formant en surface) englobant tous les cristaux déjà formés.

La structure des roches conserve donc la trace des conditions du refroidissement.

Nous avons vu que les séismes ne sont pas répartis au hasard à la surface de la Terre.

Problème : Comment se répartissent les différents volcans actifs à l’échelle du globe ?

IV) La répartition des volcans actifs à la surface du globe.

A7) Repérer à l’aide du planisphère doc 2 p 174 chaque type de volcanisme (effusif et explosif).

D’une façon générale, où trouve-t’on des volcans actifs ? : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sur les continents et dans les océans.

Activité 7 : La répartition du volcanisme à la surface de la Terre.

Elève lance Smithsonian Exibit Version

Comparer la position des volcans effusifs et explosifs avec la carte des reliefs à la surface de la Terre (doc 4 p 185 ) :

Quelques volcans sont isolés mais la répartition des volcans ne se fait pas au . . . . . . . . . . . . . . . . . , les deux types de volcanisme (effusif ou explosif) sont . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :

• Les volcans effusifs (basaltiques) sont surtout situés au niveau

de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Doc 2 p 172 : La lave s’épanche

par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . en

formant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

dus à . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • Les volcans explosifs (andésitiques) sont surtout situés

sur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., à la périphérie

de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., à proximité

des . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . et des . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

hasard distincts géographiquement :

l’axe des dorsales océaniques, au fond des océans. de longues fissures

des coussins de lave (= pillows-lavas)

un refroidissement ultra rapide.

les continents en alignement Pacifique ( = ceinture de feu ),

l’Océan

fosses océaniques chaînes de montagnes.

La plupart des volcans sont alignés, seuls quelques uns sont isolés. Le volcanisme explosif est situé principalement en bordure de continents, à proximité des fosses océaniques et des chaînes de montagnes.

Le volcanisme effusif basaltique est principalement situé au fond des océans au niveau des dorsales océaniques.

CONTRÔLE LE :

7 200 m

Zone sans séisme

Éruptions volcaniques de 1960 à nos jours.

Le volcanisme de dorsale n’est pas figuré.

Carte des reliefs à la surface de la Terre.

L’histoire du magma : du réservoir magmatique à la surface.

DOCUMENTS NUMÉRISÉ S

Distancemètre

Extensomètre

Magnétomètre

Sonde à radon.

Sismomètre.