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C. Dahan TS/EO mars 2003 Les transformations minéralogiques des gabbros et la fusion des péridotites. Nous avons vu précédemment que la fusion des péridotites du manteau n’est possible au niveau des zones de subduction que si de l’eau est présente. Nous allons dans ce TD rechercher l’origine de l’eau nécessaire à cette fusion. Le document 1 représente la succession des conditions de température, de pression et de circulation d’eau de mer auxquelles sont soumises les roches de la croûte océanique, depuis leur formation au niveau des dorsales jusqu’à leur plongée dans le manteau au niveau des zones de subduction. Lorsqu’un gabbro subit des transformations minérales, il devient un metagabbro. Les documents 2 à 5 représentent des lames minces permettant de reconstituer l’évolution minéralogique des gabbros lors du phénomène de subduction. Le document 6 donne la composition chimique des minéraux étudiés. Le document 7 rend compte des domaines pression/température des principaux faciès métamorphiques. Questions. 1. Comparer les conditions de température et de pression auxquelles les roches de la croûte océanique (gabbros et basaltes) ont été soumises lors de l’expansion et lors de la subduction. Le document 1 montre que lors de l’expansion, les roches de la croûte océanique (basaltes et gabbros) subissent un refroidissement facilité par la circulation d’eau de mer dans les fractures (hydrothermalisme) dans des conditions de pression faible, la profondeur étant peu importante. Ainsi, un gabbro cristallisé à 1000°C (G1) passe rapidement à 800 puis 600°C (G2). Lors de la subduction, ces mêmes roches qui ont continué à refroidir (G3) vont être soumises à des pressions de plus en plus importantes sans élévation notable de température. On a étudié expérimentalement le devenir des minéraux (plagioclases et pyroxènes) du gabbro lorsqu’ils sont placés dans des conditions voisines de celles existant près de la dorsale (température assez élevée, présence d’eau), puis de celles prévalant D’après Hatier SVT TS Mai 2002 C. Dahan TS/EO mars 2003 lorsque la croûte s’éloigne de la dorsale (température plus basse, présence d’eau). Suite à l’hydratation du gabbro, deux réactions se réalisent : Plagioclase + pyroxène + eau Plagioclase + hornblende + eau hornblende chlorite + actinote 2. Faire un croquis d’interprétation des lames présentées dans les documents 2 et 3. Expliquer les différences observées. Le gabbro au stade G1 (document 2) correspond à une roche grenue venant de cristalliser et soumise à une faible pression (faible profondeur) et située dans un intervalle de température compris entre 1000 et 7OO°C. Cette roche montre de gros cristaux de feldspath plagioclases reconnaissables à leurs macles répétées ainsi que des cristaux de pyroxène de couleur jaune orangée. Au stage G2, le metagabbro situé dans un intervalle de température situé entre 700 et 400°C présente une transformation minérale, on voit apparaître une auréole d’un nouveau minéral appelé amphibole (hornblende dans ce cas) autour des pyroxènes. La situation de cette auréole d’amphibole entre les plagioclases et les pyroxènes ainsi que la connaissance de la composition chimique des minéraux en présence permet d’établir que l’apparition de l’amphibole résulte d’une réaction chimique entre les éléments chimiques issus à la fois des plagioclases et des pyroxènes, et, ceci en présence d’eau. A l’état solide, la roche se métamorphise, ses minéraux déstabilisés libèrent des éléments chimiques à partir de leur périphérie, les éléments chimiques situés à l’interface entre deux minéraux réagissent alors pour former un nouveau minéral plus stable dans les nouvelles conditions de température et de pression. On parle ici de métamorphisme de basse pression et de basse température. 3. A quelles zones du diagramme (document 7) correspondent les metagabbros des documents 4 et 5 ? A quelles conditions de pression et de température correspondent-ils ? Le document 4 montre un metagabbro au stade G4 c'est-à-dire en début de subduction. La présence de plagioclase (1) et d’un pyroxène, l’augite (2) indique qu’il s’agit bien d’un ancien gabbro. La présence d’actinote (5) indique que cet ancien gabbro est passé dans la zone de formation et de stabilité de ce minéral correspondant au stade G3. La présence d’une auréole de glaucophane (4) entre le plagioclase et le pyroxène indique qu’une réaction chimique s’est déroulée à l’interface des deux minéraux devenus instables pour donner un nouveau minéral stable dans les nouvelles conditions qui sont celles du faciès des schistes bleus. D’après Hatier SVT TS Mai 2002 C. Dahan TS/EO mars 2003 Le document 5 montre un metagabbro au stade G5 présentant une nouvelle association minérale qui garde le glaucophane (4) mais qui présente de nouveaux minéraux qui sont anhydres , le grenat (6) et un nouveau pyroxène, la jadéite (7) ainsi que du quartz (8). Cette association minéralogique indique qu’un metagabbro est passé du faciès des schistes bleus au faciès des éclogites. Cela suggère que le metagabbro au stade G5 a donc été soumis à des températures comprises entre 400 et 800°C à des profondeurs supérieures à 35 Kms. Lors de la subduction, les minéraux hydratés des associations minérales précédentes sont transformés en minéraux anhydres, ce qui libère de l’eau. On parle dans ce cas de métamorphisme de basse température et de haute pression. 4. Peut-on à présent donner l’origine de l’eau qui permet la fusion des péridotites ? L’eau est issue du métamorphisme des roches de la croûte océanique en subduction. En effet, les roches de la lithosphère océanique (basaltes et gabbros hydratés au niveau océanique) entraînées dans la zone de subduction sont soumises à de nouvelles conditions de pression et de température ; elles se transforment et se déshydratent. Certains minéraux caractéristiques de ces nouvelles conditions apparaissent ; ces transformations métamorphiques, à l’état solide, aboutissent à la libération de l’eau contenue dans les minéraux. Minéraux Plagioclase Pyroxène (augite) Amphibole (hornblende) Glaucophane Actinote Grenat Pyroxène (jadéite) Quartz Formule chimique (Si3Al2O8)(Na,Ca) ((Si,Al)O3)(Ca,Fe,Mg,Al) (Al2Si6O22(OH2))NaCa2(FeMg)4 Na2Mg3Al2(Si8O22)(OH)2 Ca2(Mg,Fe)5(Si8O22)(OHF)2 (Si3Al2O12)(Fe,Mg,Ca) AlNa(SiO3)2 SiO2 Document 6 D’après Hatier SVT TS Mai 2002 C. Dahan TS/EO mars 2003 Dans le faciès des schistes verts, les actinotes et les chlorites sont stables. Dans le faciès des schistes bleus, les glaucophanes et les grenats sont stables. Dans le faciès des éclogites, les jadéides et les grenats sont stables. Nathan Le Guide spécial cours 07/02 Document 7 Document complémentaire. D’après Hatier SVT TS Mai 2002
