L`origine de la subduction d`une lithosphère océanique

Géologie
L’origine de la subduction d’une lithosphère
océanique
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Dans le contexte des convergences des plaques lithosphériques, la subduction
est caractérisée par l’enfoncement d’une lithosphère océanique dans le manteau
asthénosphérique.
Lorsqu’elle est âgée, la lithosphère océanique part en subduction, on se propose de
rechercher l’origine des subductions (schéma 1).
Zone de subduction entre une plaque océanique et une plaque continentale (schéma 1)
Le document suivant donne des informations sur les propriétés de la lithosphère et de
l’asthénosphère en fonction de la distance à l’axe de la dorsale.
Distance à l’axe de la dorsale
en km
160
800
2 000
4 800
8 000
Age de la lithosphère
océanique
en 106 années
2
10
25
60
100
Flux thermique
en 10 -2 W.m-2
20
11
7
5
5
Épaisseur lithosphère
océanique en km
croûte océanique
5
5
5
5
5
manteau
lithosphérique
8
24
41
66
87
Masse volumique lithosphère
océanique
.10 3 kg.m-3
3,127
3,222
3,25
3,268
3,275
Masse volumique
asthénosphère
.10 3 kg.m-3
3,25
3,25
3,25
3,25
3,25
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?
1. À partir du tableau, relevez les caractéristiques de l’évolution de la lithosphère
océanique (LO) au cours du temps, depuis une distance de 160 km jusqu’à 8 000 km
de l’axe de la dorsale.
2. Q
uelles sont les origines de la baisse du flux thermique observée en s’éloignant de
l’axe de la dorsale ?
3. Quelle hypothèse proposez-vous pour expliquer l’origine de l’enfoncement de la LO ?
4. De quelles roches la lithosphère océanique et l’asthénosphère mantellique sontelles constituées ?
5. V
ous allez tester votre hypothèse avec le matériel suivant : une balance, une
éprouvette graduée, un bécher, de l’eau, une calculette, des échantillons de roches,
des enveloppes étudiées. Proposez un protocole de mesures pour l’étude de vos
échantillons de roches.
6. C
herchez les masses volumiques des échantillons de roches que vous avez à
disposition.
7. Comparez les résultats et concluez sur la validité ou non de votre hypothèse.
Au cours d’une subduction, on observe des changements minéralogiques au sein
des roches. Ainsi un méta gabbro à glaucophane (photo ci-dessous) donne en
subduction une éclogite avec des grenats et de la jadéite. Leurs masses volumiques
sont respectivement de 2,5 à 2,7 .10 3 kg.m-3 pour le méta gabbro et de 3,2 à
3,3. 10 3 kg.m-3 pour l’éclogite.
?
8. Retrouvez sur la photo ci-contre
le glaucophane et le pyroxène.
9. À
quoi est due l’augmentation
de masse volumique ?
10. P
eut-on dire que l’augmentation de masse volumique
entretient la subduction ?
Méta gabbro à glaucophane (© Kathleen Jean Leroux)
Lien avec les autres disciplines
Mathématiques : construire un graphe de l’âge de la lithosphère en fonction de la distance à
l’axe de la dorsale.
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Corrigé
1. La lithosphère océanique en s’éloignant de l’axe de la dorsale vieillit, se refroidit, s’épaissit par
augmentation de l’épaisseur du manteau lithosphérique (l’épaisseur de la croûte océanique reste
constante) et sa masse volumique augmente de 3,127.103 kg.m-3 à 3,275.103.kg.m-3 .
2. L
a baisse du flux thermique est due à l’éloignement de la zone chaude de production du magma et
aux circulations hydrothermales qui parcourent la lithosphère.
3. L
a masse volumique de la LO devient supérieure à celle de l’asthénosphère au cours des temps géologiques ce qui provoque son enfoncement.
4. L
’asthénosphère mantellique est exclusivement constituée de péridotite. Par-dessus, la lithosphère
comprend de bas en haut des péridotites mantelliques puis des gabbros et des basaltes et enfin des
sédiments océaniques.
5. O
n pèse chaque échantillon de roche avec la balance. On prend note de cette valeur. On mesure
ensuite le volume de chaque échantillon en versant de l’eau dans l’éprouvette graduée jusqu’à un
niveau repère. On immerge l’échantillon de roche dans l’éprouvette, on lit le niveau de l’eau atteint
dans l’éprouvette. On calcule le volume de l’échantillon correspondant au volume d’eau déplacé.
6. L
a masse volumique est le rapport de la masse de l’échantillon sur son volume, elle est
- pour les sédiments, le basalte, le gabbro formant la croûte océanique autour de 2,8.103.kg.m-3
- pour la péridotite de la lithosphère de 3,3.103.kg.m-3
- pour la péridotite de l’asthénosphère de 3,27.103.kg.m-3.
7. L
es masses volumiques des roches de la lithosphère sont plus élevées que celles de l’asthénosphère.
L’hypothèse est donc vérifiée : c’est bien la masse volumique qui provoque la mise en subduction de la
LO dans l’asthénosphère.
8. L
e glaucophane est bleu et en auréole autour du pyroxène relique brillant, feuilleté.
9. E
lle est due à l’augmentation de profondeur, donc de pression, qui provoque un réarrangement des
minéraux au sein de la roche.
10. O
ui, c’est la masse volumique plus élevée de la lithosphère océanique qui déclenche la subduction
et son augmentation qui l’entretient.
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