La LIGNEE HUMAINE

Partie A : Le domaine continental et sa dynamique
TP A-5 : Le magmatisme des zones de subduction
Les zones de subduction sont caractérisées par une activité magmatique intense et donc une importante
production de roches magmatiques.
L’andésite et la diorite sont des roches magmatiques caractéristiques d’une zone de subduction.
-
La diorite est une roche magmatique constituée à 75% de feldspaths, de 25% de minéraux foncés
(biotite, pyroxène). On y distingue parfois quelques cristaux de quartz et amphibole hornblende.
L’andésite est une roche magmatique qui se compose de phénocristaux de feldspaths,
d’amphibole hornblende et biotite. Quelques pyroxènes peuvent parfois être observés.
Remarque : Leur composition chimique est globalement la même.
L’objectif est d’expliquer dans quelles conditions se forme le magma à l’origine de ces deux roches.
Matériel à votre disposition
-échantillons de roches
d’andésite et de diorite et de
lames minces.
-fiche de reconnaissance des
minéraux (ou p 402 à 405)
- microscope polarisant
Consignes
Poste 1 : Les roches magmatiques d’une zone de subduction
- Etudier ces deux roches de façon à reconnaître les principaux minéraux qui les
composent, d´identifier leur structure.
 Appeler le professeur
pour vérifier la reconnaissance des minéraux
- Réaliser un tableau bilan de la comparaison de ces deux roches.
- Formuler une hypothèse concernant l’origine du magma à l’origine de ces deux roches
sachant quelles possèdent les mêmes minéraux mais pas la même texture.
Poste 2 : Origine des magmas des zones de subduction
- documents annexes.
- A partir de l´analyse des documents annexes et de vos connaissances, expliquer dans
quelles conditions du magma peut se former dans une zone de subduction.
Document annexe 1 : Conditions expérimentales de fusion partielle d’une péridotite
Au laboratoire, il est possible de soumettre un échantillon de roche à différentes conditions de pression P (correspondant à
différentes profondeurs) et de température T, et d’observer l’état de la matière. Les mesures réalisées permettent de tracer, sur
un diagramme P/T, la courbe de fusion partielle (commençante) d’une roche appelée solidus, dans un domaine continental (à
gauche) et dans un domaine de subduction (à droite). Connaissant les conditions de P/T rencontrées par une roche dans un
contexte géodynamique donné, on peut alors déterminer si les conditions de fusion de la roche sont atteintes dans ce contexte.
- - - - - : gradient géothermique au niveau d’une zone de subduction
Document annexe 2 : Quelques réactions du métamorphisme
Réaction 1 : plagioclase + pyroxène + eau  hornblende
Faciès amphibolites
Réaction 2 : plagioclase + hornblende + eau  chlorite + actinote
Faciès schistes verts
Réaction 3 : pyroxène + plagioclase + actinote  glaucophane + eau
Faciès schistes bleus
Réaction 4 : albite + glaucophane  grenat + jadéite + eau
Faciès éclogites
Document annexe 3 : Localisation de l´arc volcanique par
rapport au plan de Benioff de différentes zones de subduction
Document annexe 4 : Modèle des isothermes réalisées à
partir des mesures de flux géothermiques dans une zone de
subduction
La limite lithosphère asthénosphère correspond à l´isotherme
1300ºC
Document annexe 5 :
Les roches magmatiques d’une zone de subduction
Ou GRANODIORITE
Exemple de trace écrite :
On constate que ces deux roches magmatiques de zone de subduction contiennent les mêmes minéraux mais leur texture est
différente : elle est grenue pour la diorite, microlitique pour l´andésite.
On peut donc supposer qu´elles se sont formées à partir d´un même magma (même minéraux = même composition chimique)
mais dans des conditions de température et de profondeur différentes ce qui expliquerait les différentes textures.
L’objectif est d’expliquer dans quelles conditions se forme le magma à l’origine de ces deux roches.
D´après le doc 1, qui est un diagramme représentant les conditions expérimentales P/T de fusion partielle d´une péridotite, on
constate qu´en domaine continental, la FP d´une péridotite ne peut pas se réaliser car le gradient géothermique ne coupe jamais
le solidus de la péridotite est donc les conditions de P/T en profondeur ne permettent pas la FP.
Par contre, dans une zone de subduction, on constate qu´en présence d´eau, le solidus hydratée de la péridotite s´est déplacé
vers des T beaucoup plus basse et qu´il coupe le géotherme à partir de 80 km de profondeur pour une T d´environ 800ºC, ce
qui permet la FP de la péridotite et la formation d´un magma.
On peut alors se poser la question : d´où vient l´eau et qu´est ce qui permet cette FP ?
Le doc 3 présente une zone de subduction et la localisation du volcanisme par rapport au plan incliné de Benioff. On constate
que quelque soit la zone de subduction, tous les plans inclinés se coupent à la même profondeur, vers 100 km, à la verticale de
la zone volcanisme.
Cela confirme les données du doc 1 : le magma se forme vers 80 à 100 km de profondeur à l´axe des volcans.
Le doc 4 représente les isothermes dans une zone de subduction. On constate qu`à la verticale des volcans, vers 100 km de
profondeur se trouve l´isotherme 800 ºC. Ces données confirment les données observées dans le doc 1 : le magma se forme
vers 100 km de profondeur à une T de 800 ºC.
Reste à expliquer l´origine de l´eau ?
Le doc 2 représente qqs réactions du métamorphisme. On constate que les réactions 1 et 2 nécessitent de l´eau c´est à dire que
les minéraux qui composent la lithosphère océanique sont enrichis en eau. Cela provient de l´hydratation de la lithosphère
océanique lorsqu´elle s´éloigne de la dorsale
Cela est confirmé par le tableau du doc 5 : la formule chimique de l´hornblende montre que c´est un minéral hydraté : ils
possèdent H2O dans leur formule.
Par contre, les réactions du métamorphisme 3 et 4 sont des réactions qui libèrent de l´eau, le grenat est un minéral anhydre.
Conclusion sous forme de schéma bilan :