Un petit détour par le Hess Deep
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Le modèle de croûte océanique litée. Le modèle de croûte océanique litée: continuité et ruptures … Apprendre à déchiffrer le message porté par les roches de la croûte océanique profonde (Seismic « Layer-3 ») Définition originelle de la « Layer 3 » Le modèle « Penrose » Inspiré principalement de l’étude des ophiolites et des données sismiques. Formalisé en 1972 … Un paradigme toujours très vivace! Modèle « Penrose » vu par Thierry Juteau (1993) Croûte superficielle: Pillows, coulées et lacs de laves, … Transition croûte superficielle/profonde: le complexe filonien… Les parties plus profondes restent assez mystérieuses! La chambre magmatique est imaginée comme un sas entre le manteau et la surface. Brève incursion sous le Moho, dans le manteau. Brève incursion sous le Moho, dans le manteau. Si l’on s’intéresse à des affleurements conformes au modèle, tout va pour le mieux… Le Moho et la croûte profonde litée en Oman « Ces strates qui portent créance et sédiments dans la montée des temps… » Parfois les choses semblent simples et (presque) conformes au modèle … Remplissage épisodique en magma primitif et cristallisation due au refroidissement. Premier exercice de lecture: comment interpréter ce litage minéralogique? “Crystals of feldspar, enveloped in a mass of liquified, but not highly vesicular lava, would tend to rise to the upper parts and crystals or granules of the other minerals, thus enveloped, would tend to sink. We ought not, however, to expect any perfect degree of separation in such viscid materials.” Darwin, 1844. Alfred Harker « The natural history of igneous rocks » (1909) James Hutton (Theory of the Earth, 1788) Les magmas sont des solutions! Robert Bunsen (1811 – 1899) L’approche expérimentale fut la pierre de Rosette des pétrologues: elle permit de déchiffrer les relations entre la minéralogie, la composition chimique et la température. The evolution of igneous rocks Cristallisation d’un MORB en base de chambre magmatique, au niveau du MOHO (6 Km = 2 Kbar). Refroidissement du magma parent des cumulats Gabbro à olivine Troctolite Dunite Cristallisation d’un MORB en base de chambre magmatique, au niveau du MOHO (6 Km = 2 Kbar). Refroidissement du magma parent des cumulats Gabbro à olivine Troctolite Dunite L’interprétation du message porté par les cumulats basée sur la séquence de cristallisation peut être testée par la composition chimique des minéraux. Refroidissement du magma parent des cumulats L’interaction entre les couches de cumulats complique un peu le message. A basse pression et dans un MORB anhydre, l’orthopyroxène cristallise tardivement. Un MORB est un liquide tholeiitique, donc à Opx normatif (« saturé » en silice), mais on n’y trouve jamais d’Opx en phénocristaux… et c’est normal! Posons nous deux questions : Les ophiolites sont-elles toujours aussi conformes au modèle Penrose? Savons-nous résister aux biais d’observation? Le modèle ophiolitique résiste-t-il au test (redoutable!) des observations effectuées au niveau des dorsales actives? Un petit détour par le Hess Deep La réponse à ces questions sera en partie donnée au cours de l’atelier lames minces. Et si l’on s’intéresse à des affleurements non conformes au modèle? Litages redressés par activité de failles normales de très haute T° au niveau du Moho. SW Les lits de gabbros sont déformés plastiquement dans des conditions de très haute température, proches du solidus. Ces litages redressés ne sont pas anecdotiques mais peuvent concerner des massifs entiers. Oman Ophiolite situated in the South-East of Arabian Peninsula Simplified map of Bahla massif Oman Ophiolite map with main ridge-related structures (After Nicolas et al., 2000) Dans certains massifs de l’ophiolite d’Oman, la structure de la couche 3 est entièrement conditionnée par la tectonique de très haute T° Problème des ophiolites: Tectonique de dorsale ou de charriage? De telles failles normales de HT° sont bien documentées au niveau des dorsales actuelles (lentes!)! Déformation ductile de très HT° (proche du solidus des gabbros). (ODP Leg 153 – Dorsale Medio-Atlantique). Le caractère syn-magmatique de la tectonique peut être démontré par des arguments géologiques classiques… Paléo-ride océanique Abily et al., 2011 Les entorses au modèle concernent également la pétrologie. Dans l’ophiolite d’Oman, la cristallisation des magmas ne répond pas toujours à une « logique » MORB. Certains diraient que l’Oman a évolué en contexte de subduction… Refroidissement d’un magma parent andésitique à boninitique La clé du problème pourrait résider dans les interactions manteau/magma/eau de mer à très haute température (>> 600°C). Diopsides hydrothermaux dans les serpentinites d’Oman. Il y a beaucoup de manteau (serpentinisé) dans la croûte aux dorsales… Harry Hess avait raison… Leg ODP 153 – Site 920 (Zone MARK) (déc. 1993) Vision actuelle conciliant les deux paradigmes (Penrose et Hess) Ici: MAR Sud de Kane FZ (coupe longitudinale) Cannat et al (1993); Dick et al (2010) Formation d’andésites aux dorsale par fusion hydratée de la lithosphère. « News and Views », Nature, 2000. Deux séries de filons mantelliques : • Série tholéiitique (gabbro à olivine et troctolite) → diapirs asthénosphériques • Série déprimée (andésitique) (pyroxénite et gabbronorite) → fusion d’une lithosphère serpentinisée Les MORB et les andésites se mélangeraient en proportions variables dans les chambres magmatiques aux dorsales? Hess Deep! • On a enfin trouvé des gabbros lités aux dorsales actives. …. Le bonheur! • Le modèle de formation des cumulats par remplissage épisodique de la chambre magmatique suivi d’une cristallisation tranquille est-il confirmé pour autant? • Non!... Vous verrez des lames minces en TP Abondance inattendue de l’Opx dans des facies de cumulats primitifs (HT°)! 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0% Opx Pl Cpx Ol 50% 100% Et pourtant le Hess Deep n’a pas évolué en contexte de subduction… Les conséquences de cette observation sont énormes! Découplage entre les variations minéralogiques définissant les litages et la composition chimique. DONC: La cristallisation fractionnée seule n’explique pas la formation des litages. QU’ELLE EST LEUR SIGNIFICATION REELE? COMMENT LIRE LE MESSAGE PORTE PAR LES ROCHES MAGMATIQUES LITEES? Les MORB transitent-ils bien par les chambres magmatiques? Et pour finir, observons des gabbros et troctolites du Hess Deep comme si nous étions à bord du Joides Resolution! (5) U1415P-8R-2, 028cm, piece 1 Snake gabbro f10
