Vous êtes ici : AccueilCLASSESExercice sur la structure et l’énergie interne de la terre
Première
D
S.V.T
Exercices
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Exercice I
Chaque série d’affirmations peut être exacte ou fausse. Repérer les affirmations correctes.
1. Les ondes sismiques P et S traversent la totalité des couches profondes du globe terrestre.
2. Une zone sismique ralentie lorsque la densité du milieu traversé augmente.
3. Les minéraux du noyau terrestre sont soumis à des pressions énormes et se comportent comme des solides.
4. La quantité de chaleur provenant de l’intérieur du globe représente un flux d'énergie beaucoup plus important que le flux d’énergie d’origine solaire.
5. L’épaisseur de la croûte océanique au niveau des plaines abyssales est faible (réduite à quelques kilomètres) et le flux géothermique est particulièrement important dans ces régions.
6. La radioactivité naturelle des roches terrestres est très faible, elle joue un rôle négligeable dans la production d'énergie interne.

Exercice II
Chaque série d’affirmations peut comporter une ou plusieurs réponses exactes. Repérer les affirmations correctes.
1. Les rais sismiques :
a) -Se propagent en ligne droite dans les profondeurs du globe;
b) Ont leur trajectoire brutalement perturbée lorsqu’ils atteignent obliquement une surface de discontinuité;
c) Ne se réfractent en changeant de milieu que si leur vitesse de propagation sont supérieurs à la vitesse de la lumière dans le vide;
d) Peuvent traverser la totalité du globe terrestre et ressortir ainsi aux antipodes du foyer sismique;
e) Sont rectilignes dans le cas des ondes P et incurvés dans le cas des ondes S.
2. Les ondes sismiques :
a) Sont émises au foyer du séisme dans une direction précise ;
b) Se propagent indifféremment dans les couches solides du globe;
c) Se réfléchissent et se réfractent dans tous les cas lorsqu’elles atteignent obliquement des surfaces de discontinuité sismique ;
d) Ont une vitesse de propagation constante dans une couche terrestre donnée (le manteau par exemple ;
e) Ont des vitesses de propagation différentes suivant le type d’onde ;
f) De type S sont plus lentes que les ondes P quel que soit le milieu de propagation.
3. Le globe terrestre :
a) Est formé de couches concentriques;
b) Possède un noyau totalement liquide forme d'un alliage fer-nickel en fusion ;
c) Évacue une partie de sa chaleur interne grâce à des mouvements de convection du manteau ;
d) Produit en permanence de la chaleur interne grâce à la radioactivité naturelle des roches;
e) Est une planète active car il possède une énergie interne importante;
f) Libère cette énergie interne uniquement de façon brutale et localisée lors des éruptions volcaniques et des séismes.

Exercice III
Utilisez chaque groupe de trois mots (ou expressions) pour construire une ou deux phrases exprimant une idée importante présentée en cours
1. Ondes sismiques — Vitesses de propagation — Densité
2. Rai sismique — Surface de discontinuité — Réfraction
3. Flux géothermique — Énergie d’origine interne — Chaleur
4. Météorites — Matériaux silicates — Alliages de fer
5. Radioactivité — Chaleur initiale — Énergie interne

Exercice IV
Le document ci-dessous donne les résultats obtenus par sismique-réfraction en différents endroits du globe. Les vitesses indiquées sont celles des ondes P (Vp en km/h).
Le document 2 concerne les vitesses de conduction des ondes P dans quelques catégories de roches: elles ont été obtenues expérimentalement en laboratoire. À l'aide de ces résultats.
domaine continental

Catégories des roches Vitesse des ondes P
Sédiments non consolidés 1,5<V<2,5
Sédiments consolidés 3,5<V<5,5
Granites 5,6<V<6,3
Basaltes 4,0<V<5,8
Grabbos 6,5<V<7,1
Roches métamorphiques 6,5<V<7,6
Péridotites 7,9<V<8,4

Document 2 : Vitesse des ondes sismiques P dans la croûte et le manteau
1. Situer la profondeur du MOHO en différentes zones du globe.
2. Déterminer la nature géologique du manteau supérieur.
3. Émettez des hypothèses sur la nature géologique des croûtes océanique et continentale.

Exercice V
Les données de la figure ci-dessous représentent d’une part la structure moyenne de la croûte océanique et celle de la croûte continentale d'autre part, la vitesse moyenne de propagation des ondes P dans différents matériaux de l’écorce terrestre.
croute continental

Vitesse de propagation des  ondes P (en km/s)
Sédiments 2,0
Basaltes 5,1
Roches métamorphiques 6,0
Granite 6,5
Grabbro 6,7
Granodiorite 7,0
Péridotite 8,2

1. Donnez les principales caractéristiques des ondes P?
2. Quelles sont les différences entre les croûtes continentale et océanique?
3. A quels endroits du globe peut-on trouver une croûte continentale :
a) Plus épaisse que celle figurée sur le schéma?
b) Plus mince que celle figurée sur le schéma?
4. A votre avis, la vitesse moyenne des ondes P est-elle plus élevée dans la croûte continentale ou dans la croûte océanique.
5. Donnez les-valeurs de cette vitesse dans les deux cas.

Exercice VI
Les deux dessins de la figure ci-dessous représentent d'une part une Coupe très schématique du fond océanique et d'autre part des variations du flux thermique dans cette zone.
rift1. Qu’appelle-t-on :
a) Géothermique ;
b) Gradient géothermique ;
c) Flux géothermique.
2. Comment expliquez-vous l’anomalie thermique positive dans l'axe de la dorsale?
3. Pourquoi, d'après vous, ce flux diminue t-il à mesure que l'on s'éloigne de la dorsale
4. Comment expliquez-vous l'épaisseur croissante de la lithosphère océanique à mesure que l’on s'éloigne du rift.
5. Qu'appelle-t-on rift ?

Exercice VII
1. La croûte terrestre : a-Définition; b-Structure ; c-Constitution ; d-Schéma, e-Comparaison avec la croûte océanique.
2. La subduction : a-Définition ; b Lieu, c-Moteur ; d-Conséquences
3. En décrivant successivement les éléments morphologiques, comparez la marge continentale active et la marge continentale passive :
a) Similitudes ; b) Divergences ; c) Illustrations.

Exercice VIII
Exploiter le schéma de la figure ci-dessous
chambre magnatiqueDonnées relatives à l'exploitation de cette figure
L'axe de la dorsale est l'endroit où le magma est injecte’ dans la croûte à partir d'une chambre magmatique comme on le voit sur cette coupe d'une dorsale océanique. Le magma se forme quand les plaques de lithosphère s'écartent et que les roches du manteau montent et fondent en raison de leur décompression
Le magma se rassemble dans le réservoir situé au-dessous de l’axe de la dorsale. Les gabbros cristallisent au sein de ce réservoir et, à son toit, le magma monte et se refroidit en dykes verticaux.
À la surface, les laves s’échappent et se refroidissent sous la forme de draperies ou de coussins. Une couche de sédiments se dépose sur la croûte au fur et à mesure que celle-ci s'écarte de l'axe. La croûte se casse également le long de failles normales, parallèles à l’axe et qui accompagnent retirement de la matière.magma basaltique1. Où trouve-t-on les dorsales ou rifts ?
2. Observez le diagramme de la figure ci-dessous. Les courbes représentent les températures liquéfaction partielle et totale des matériaux du manteau (liquide).
a) Dans quel état se trouvent les roches constituant le manteau en A à 59 km de profondeur et 1700oC ?
b) Cherchez ce qu‘il advient de ces roches lorsque les plaques de la lithosphère s’écartent et que les roches montent jusqu'à 40 km (Vous comprenez maintenant comment par, décompression, peut se former le magma dans l’axe de la dorsale).
3. Pourquoi les gabbros qui ont la même composition chimique que les basaltes sont-ils des roches à texture (structure grenue) ?
4. Les compartiments séparés par les «failles normales» (figure ci-dessus) n'ont pas le même âge. Indiquez l’âge relatif des compartiments les uns par rapport aux autres en vous servant des lettres A. B. C.
5. La lithosphère continentale diffère de la lithosphère océanique par la présence d'une croûte appelée SIAL, la croûte océanique étant constituée en majorité, comme nous venons de le voir, de basaltes et de gabbros.
a) Que signifie le mot SIAL ?
b) Quelles sont les roches qui constituent la croûte terrestre ou SIAL ?

Exercice IX
On réalise un séisme artificiel en faisant exploser une charge de dynamite dans le sol. Ceci provoque l’apparition d’ondes, notamment des ondes P, dont on enregistre le temps d'arrivée à des distances croissantes du lieu d’explosion.

Stations de reception des ondes P  Distance du site de l'explosion (km) Temps d'arrivee des ondes P
1 20 3,5
2 30 5,3
3 40 7,2 et 12,7
4 56 10 et 14, 6
5 135 24,1
6 280 42,7 et 49
7 400 57,7 et 72

Temps d’arrivée des ondes P en fonction de la distance au lieu de l’explosion.
Pour les stations 3, 4. 6 et 7 on enregistre deux trains d'ondes.
Les ondes qui arrivent les premières aux stations 3 et 4 arrivent les dernières aux stations 6 et 7.
1. Construisez un graphique représentant le temps d’arrivée des ondes P en fonction de la distance de tir.
2. Calculez la vitesse des ondes P directes en utilisant les données des stations 1, 2 et 5, où l’on enregistre qu'un seul train d’ondes. Indiquez vos calculs.
3. Expliquez l’arrivée de deux trains d’ondes pour certaines stations ci proposez une hypothèse pour expliquer comment le train d’ondes qui arrive en dernier aux stations 3 et 4 peut arriver en premier aux stations 6 et .7.
4. Montrez que cela met en évidence une discontinuité, la discontinuité de Mchorovicic.

Exercice X
On dispose de données sur un séisme survenu à Los Angeles en Janvier 1994. Plusieurs stations ont enregistré les temps d'arrivée des ondes L.
1. Expliquez comment un séisme provoque la propagation d’ondes sismiques.
2. Quels sont les différents types d'ondes enregistrées? Indiquez leurs caractéristiques.
3. Calculez la vitesse de propagation des ondes L en expliquant votre méthode.
4. Que constatez-vous ? Expliquez votre constat à l’aide de vos connaissances.
5. On calcule la vitesse des ondes P en fonction de la profondeur au niveau de l’épicentre.
Observez et interprétez l’évolution de la vitesse de ces ondes entre 0 et 300km de profondeur.
Qu’apporte cette étude sur la composition interne du globe?
vitesse onde p

Exercice XI
La figure ci-dessous exprime les variations de vitesses des ondes P et S en fonction de la profondeur. On rappelle que le rayon de la terre est voisin de 6350 km.
vitesse onde p s1. Quelles remarques vous suggèrent les deux courbes de la figure ci-dessus ?
2. Une analyse plus fine de sismogrammes a permis de préciser la forme des deux courbes dans une zone plus superficielle (700 Km maximum). À partir de la figure ci-dessous repérer les principales variations des vitesses. Quelles indications apportent-elles ?

Exercice XII
On indique la vitesse des ondes P à différentes profondeurs.
1. Reconstituer, a l'aide des données du document, les profils des deux zones.

Profondeur (en km) Vitesses des ondes P (en km/s)
De 5 à 7 1,6 à 3,7
7 à 9,5 3 à 4
9,5 à 14 6,2 à 6,8
Au-delà de 14  8 à 8,3
Au niveau des Oceans
Profondeur (en km) Vitesses des ondes P (km/s)
De 0 à 17 5,6
17 à 30 6,4 à 7,6
Au-delà de 30 8,1
Au niveau des continents

2. Comparer la vitesse des ondes P.
- À quelle profondeur, dans chacun des cas, est situé le Moho?
3. Quelle est dans chaque cas, l'épaisseur de la croûte ? Que penser, dans chaque cas, l’épaisseur de la croûte ?

Exercice XIII
Le tableau ci-dessous indique la composition en quelques éléments chimiques de la croûte terrestre et de la terre dans son ensemble. Par d'autres techniques, les géophysiciens ont estimé que le noyau serait essentiellement composé des éléments fer et nickel.

Eléments chimique  Croûte terrestre (en %) Terre (en %)
O : Oxygène 46,6 29,5
Si : Silicium 27,7 15,2
Al : Aluminium 8,1 1,1
Fe : Fer 5,0 34,4
Ca : Calcium 3,6 1,1
Na : Sodium 2,8 0,6
K : Potassium 2,6 0,1
Mg : magnesium 2,1 12,7
  O Si Al Fe Ca Na K Mg
Croûte                
Manteau                
Noyau                


1. Compléter le tableau suivant en y figurant, symboliquement, la variation du pourcentage moyen de chaque élément chimique dans le globe terrestre. On admettra que cette variation est continue d'une zone à l’autre, dans le globe.
2. Représenter schématiquement la structure physique de la planète (croûte, manteau, noyau), puis faire figurer la variation des compositions chimiques dégagées ci-dessus

Exercice XIV
L'énergie interne de la terre est libérée sous différentes termes :
- Mécanique : Séismes (\(3 \times {10^{10}}\) W) ; Autres processus tectonique (\(3 \times {10^{11}}\)W).
- Calorifique : Beaucoup plus importante.
On donne, dans le tableau ci-dessous les superficies (en km2) et les flux de chaleur moyens émis par les différentes zones de la surface terrestre.
1- Calculer la quantité de chaleur totale émise par la terre.
2-Le flux thermique au niveau de l'océan varie selon les zones. Il est de 400 à 600 mW/m2 au niveau des dorsales et de 67 mW/m2 au niveau des dorsales.
Rappeler la cause du flux thermique important au niveau des dorsales.
3-Au 19 siècle, Lord Kelvin avait déterminé que la terre, en voie de refroidissement, était âgée de
25 millions d'années environ. On sait actuellement qu’elle est âgée de 4600 millions d’années.
Comment concilier ces deux nombres contradictoires ?
4. On sait que la terre contient dans ses matériaux des éléments radioactifs qui, en se désintégrant libèrent de la chaleur: on donne :
tableau
a-Calculer la quantité de chaleur due à la radioactivité, émise par les différentes couches du globe terrestre.
b- Essayer de préciser l’explication ébauchée dans la question 3 concernant les diverses origines de la chaleur terrestre.