volcans - Société Géologique et Minière du Briançonnais
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Société Géologique et Minière du Briançonnais 27-09-2013 par Dr Françoise CHALOT-PRAT [email protected] Université de Lorraine Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques Faculté des Sciences et Techniques de NANCY Publications et Sentier Géologique accessibles sur http://francoise.cp.free.fr 1 Introduction Chenaillet et Chaîne des Alpes Age de l’océan fossile, la Téthys Alpine Ophiolite = fragment d’océan fossile Intérêts scientifiques de cet «objet fossile» et des dorsales océaniques en général 2 Chenaillet et Chaîne des Alpes Les Alpes sont le résultat de la formation et de la fermeture d’un océan Le massif du Chenaillet représente un fragment de cet océan Briançon Chenaillet C’est le seul fragment d’océan des Alpes, préservé de la déformation et du métamorphisme 3 Age de l’océan fossile, la Téthys Alpine La Téthys Alpine a commencé à s’ouvrir vers 200 millions d’années (début du Jurassique) Elle a fonctionné environ pendant 100 millions d’années (début du Jurassique à milieu du Crétacé) Le fragment d’océan préservé au Chenaillet s’est formé aux alentours de 150 millions d’années 4 « Ophiolite » ou fragment d’océan fossile Le terme d’ophiolite désigne un fragment de plancher océanique fossile sur 500m d’épaisseur pour le Chenaillet = ensemble de roches dont la composition et l’organisation, à différentes échelles d’observation, sont analogues à celles trouvées au fond d’un océan actuel, comme l’Atlantique 5 Mais quel est l’intérêt d’étudier cet «objet fossile» ? Faire des observations détaillées du fond d’un océan sur la terre ferme ! … le fond des océans actuels est entre 800 à 4500 mètres de profondeur et donc difficilement accessible … les observations par submersible restent limitées (techniques et sécurité) L’ophiolite est représentative d’un fragment de DORSALE OCÉANIQUE, la zone de fractures le long de laquelle les 2 parties d’un océan se séparent … mieux comprendre les mécanismes d’expansion des océans 6 1. Qu’est ce qu’une dorsale océanique de type Atlantique ? 7 Chaînes de reliefs sous-marins à l’échelle du globe terrestre et de l’Atlantique en particulier DORSALE ATLANTIQUE DORSALE PACIFIQUE DORSALE INDIENNE Attention, exagération verticale du relief océanique X2 par rapport au relief continental 8 Création de surface océanique à vitesse de 2 à 4 cm/an = dorsale lente DORSALE ATLANTIQUE 180 Ma Couleur = Age des anomalies en millions d’années DORSALE INDIENNE DORSALE PACIFIQUE 0 Ma Carte des anomalies magnétiques au fond des océans Plus les bandes de couleur sont larges, plus la vitesse d’expansion est rapide 9 Type DORSALE ATLANTIQUE Type DORSALE PACIFIQUE AXE DORSALE AXE DORSALE AXE DORSALE 500m 100m 0 0 1 km 1 km 100m 1 km Exagération verticale X2 large vallée centrale = RIFT médio-océanique étroite vallée centrale = pas de rift (ss) 10 Une dorsale lente EPAULE DU RIFT « RIFT » médio-Atlantique AXE DORSALE 2500 m profondeur du fond océanique zone volcanique 3800 m EPAULE DU RIFT 22 km zone sans volcans 15 km Attention, exagération verticale X 3 11 MORPHOLOGIE de la ZONE VOLCANIQUE ZONE VOLCANIQUE formé de reliefs segmentés Chaque segment (3 à 10km long) est formé de collines volcaniques COLLINES VOLCANIQUES ABYSSALES - diamètre 1 à 5 km - Hauteur 500m à 1km Attention, exagération verticale X 2 Ride de Lau (Tonga) 12 COLLINES VOLCANIQUES ABYSSALES (500m à 1km de haut) recouvertes d’une multitude de petits volcans coniques (hummocks = tas de foin! de 5 à 50 m de haut) Attention, exagération verticale X 2 13 coulées de lave basaltique en tubes et coussins (pillow lavas) (photos en submersible) 25 à 50 cm 25 à 50 cm web site « noaa.gov/vents/nemo/explorer” web site « ridge2000 » coulée de lave basaltique lobée 50 à 100 cm 14 Questions scientifiques à résoudre Que savons nous? AXE DORSALE LENTE collines colline volcanique abyssale volcaniques abyssales manteau gabbro EPAULE DU RIFT volcan le plus récent volcans plus anciens . cassante expansion lente roches en profondeur ? structures des roches ? 15 Questions scientifiques à résoudre Pourquoi des volcans seulement à l’axe de la dorsale? Comment s’effectue la création de surface audessus de laquelle se mettent en place les volcans? Quel lien entre la formation des volcans et la création de surface ? 16 2. A la découverte de ce fragment de dorsale du Chenaillet http://francoise.cp.free.fr/geol/ CARTE GÉOLOGIQUE EN RELIEF DU CHENAILLET SUR GOOGLE EARTH ET SENTIER GÉOLOGIQUE DU CHENAILLET http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/google/Chenaillet_Chalot_Prat_FRA.kmz 17 18 lave en COUSSINS et TUBES COUSSIN en section transversale haut bas pédoncule TUBE en section longitudinale sens d’écoulement haut queue front bas 19 lave en COUSSINS et TUBES haut haut COUSSINS de lave, en coupe, dans un volcan bas haut bas TUBES de lave sur la pente d’un volcan 20 sens d’écoulement bas les ÉDIFICES volcaniques LANGUES de lave en tubes et coussins Rocher de l’Aigle 21 Système en marche d’ESCALIER chaque marche est constituée d’un entablement de LANGUES marches Rocher de l’Aigle entablement de LANGUES schéma d’un système en ESCALIER 5 to 100 m conduits magmatiques socle 22 les ÉDIFICES volcaniques VOLCAN CONIQUE avec lave en tubes et coussins cône vu de profil dyke flanc aval de cône vu de face 5-50m hauteur empilement de coussins, concentrique autour du dyke schéma de CONE volcanique 5-50m section Tous les cônes se sont construits sur une pente de plus en plus forte 23 Système volcanique en PEIGNE Chenaillet 2650m dents armature dents chaque dent correspond à un alignement de CONES 2 PEIGNES pseudo-symétriques de part et d’autre de la même armature 24 Les systèmes volcaniques pseudo-symétriques en PEIGNE Dent de peigne armature CONE le plus récent CONE 1A & 1B CONES les plus anciens conduit vue en coupe vue de dessus 2 PEIGNES pseudosymétriques 25 le GABBRO forme des ampoules à l’intérieur du manteau gabbro non déformé gabbro déformé le cœur des ampoules est non déformé les bordures sont déformées et foliées à Haute Température et Haute Pression à grande profondeur 26 le corps de gabbro cristallise en profondeur Il est étiré et déformé à ses marges durant son transport vers la surface 27 épontes rectilignes filons de basalte épontes sinueuses Gabbro A faible profondeur, le gabbro est fracturé et injecté de basalte gabbro Le gabbro peut être encore chaud lors de sa fracturation à faible profondeur 28 Comment le gabbro est-il remonté au fond de l’océan ? niveau de cataclasite La remontée du gabbro au fond de l’océan s’est effectuée le long de failles Le long de ces failles, la roche a subi un cisaillement, un broyage formation d’un niveau de CATACLASITE gabbro folié 29 racine de volcan péridotite serpentinisée péridotite foliée, donc déformée à haute pression et haute température La péridotite est altérée par l’eau de mer sur le fond de l’océan et transformée en serpentinite Elle est recoupée par les conduits de basalte 30 Comment ce manteau est remonté au fond de l’océan ? péridotite serpentinisée La remontée du manteau au fond de l’océan s’est effectuée le long de failles Le long de ces failles, la roche a subi un cisaillement, un broyage CATACLASITE horizon de CATACLASITE péridotite serpentinisée 31 Relations géométriques entre volcans, plutons et manteau en CARTE Carte géologique de l’ophiolite du Chenaillet Systèmes volcaniques en marche d’escalier en peigne volcans basaltiques dépôts détritiques Gabbro polarité Manteau 32 Le fragment d’océan du Chenaillet a une structure analogue à celle d’une colline volcanique abyssale système en escalier système en peigne chaines de systèmes en peigne 33 Relations géométriques entre volcans, plutons et manteau en COUPES WSW NE base de la nappe volcans S NNW sills manteau base de la nappe Les reliefs sont formés par le toit ondulé du MANTEAU Les VOLCANS (5 à 50m de haut) sont construits sur ces reliefs Les GABBROS (100m d’épaisseur max) forment des sills affleurant au toit du manteau. Ils sont recouverts par place par les volcans 34 ….d’après l’étude du Chenaillet 3. Comment s’agrandit la surface de l’océan à l’axe de la dorsale? 35 Quelles sont les relations entre construction des volcans et expansion de l’océan ? 36 Quel mode de construction pour le système volcanique en ESCALIER ? ERUPTIONS SYNCHRONES de la FORMATION du RELIEF et POSTERIEURES à l’exhumation du socle 37 Quel mode de construction pour le système volcanique en PEIGNE ? Structure interne des cônes volcaniques sur une dent de peigne socle socle Volcans d’autant plus récents qu’ils sont plus hauts sur la pente socle Dykes incurvés à leur base et déracinés ? Dykes dans le socle incurvés à leur extrémité supérieure socle ex-racines de volcans déracinés ? 38 Quel mode de construction pour le système volcanique en PEIGNE ? ERUPTIONS SYNCHRONES de la formation du RELIEF et de l’ EXPANSION DU FOND DE L’OCEAN 39 Rôle majeur du manteau dans la création de surface et de relief à la dorsale CONES les plus récents surface de manteau exhumée au fond de l’océan pendant les éruptions CONES les plus anciens MANTEAU failles de détachement ETIREMENT des plaques magma dykes basculés pendant le transfert la formation d’un « léger » relief mantellique à l’axe de la dorsale, pendant son étirement par divergence des plaques, serait induite par la diminution significative de la densité du manteau 1- par serpentinisation et 2- par forte augmentation de température liée à la remontée de magma 40 Quel mode de mise en place pour les sills de gabbro ? surface de manteau exhumée au fond de l’océan pendant les éruptions MANTEAU gabbro failles de détachement ETIREMENT des plaques magma Plutons et volcans alimentés par le même magma Magma injecté dans un faisceau de fractures à la limite des plaques divergentes; fractures ouvertes jusqu’à la surface volcans ; fractures fermées vers le haut plutons Remontée des plutons assurée par étirement et transfert -vers le haut puis latéralementdu manteau, expliquant la déformation des épontes des plutons et sa mise en place sous forme de sills au toit et au sein du manteau 41 Ainsi s’expliquent les ondulations du toit du manteau WSW NE base de la nappe volcans S NNW sills manteau base de la nappe Ces reliefs sont tapissés de sills et de volcans sur une épaisseur insignifiante (100m max avant érosion) 42 Architecture des systèmes volcaniques AXE « présumé » de la DORSALE Système en ESCALIER ENE Système en PEIGNE WSW Les SYSTÈMES en PEIGNE construits dans contexte en EXTENSION et en EXPANSION 43 4. D’où vient le magma ? Quelle est la cause des éruptions ? épaule du rift A partir de la composition chimique des basaltes… multiples et petits réservoirs de magma à l’axe de la dorsale magma sans cesse renouvelé, à partir de la fusion du manteau à plus de 50 km de profondeur volcans réservoirs 44 Quelle est la cause des éruptions ? Échelle “ COLLINE ABYSSALE” 1. Exhumation de manteau par extension/étirement de la lithosphère magma Dorsale 2. Éruptions par ouverture éphémère de conduits le long de Failles de Détachement ......avec construction d’une Ride à la Dorsale 25 km Échelle “DORSALE” 25 km Échelle des PLAQUES lithosphère asthenosphère 3. Genèse de Magma par décompression adiabatique d’asthénosphère, sous la lithosphère en extension 45 Et pour conclure… Des volcans sous-marins du Chenaillet à la formation des océans… y pensiez vous ? Un grand merci pour votre attention
