1B3. Le magmatisme en zone de subduction et la production de nouveaux matériaux continentaux. Les zones de subductions constituent des marges actives : elles sont le lieu d’une sismicité et d’un volcanisme intenses. Comment expliquer l’origine du magmatisme dans les zones de subduction ? 1. Le magmatisme de subduction. 1.1 Les caractéristiques du volcanisme de subduction. Les zones de subduction sont caractérisées par un magmatisme intense, se traduisant en surface par la présence de nombreux volcans actifs (tous situés en arrière des fosses de subduction). Les éruptions sont très souvent explosives du fait de magmas très visqueux associés à des gaz sous pression (H2O, CO2, SO2…) : les gaz permettent l’ascension du magma, mais si celui-ci est très visqueux, la pression à l’intérieur devient très forte, d’où une éruption explosive. Cela peut provoquer des nuées ardentes : grand volume de gaz brûlants à très forte pression transportant, à la suite d’une violente explosion, des masses considérables de débris de lave allant des cendres aux blocs et se déplaçant à grande vitesse (100 km/h voire 500 km/h). Viscosité = résistance qu’un corps déformable oppose aux forces qui lui sont appliquées (ici c’est une résistance à l’écoulement). Quelles sont les caractéristiques minéralogiques et chimiques des roches associées à ce magmatisme ? 1.2 La diversité des roches magmatiques de subduction. Note : l’eau peut-être présente dans les minéraux sous forme de radicaux hydroxyle (OH). On parle de minéraux hydroxylés. Composition minéralogique et chimique des roches magmatiques de subduction. © SVT TaleS Bordas 2012 Bilan : les roches de la subduction. Structure Composition minéralogique Feldspaths (Plagioclases) Pyroxène et/ou Amphiboles Quartz Feldspaths (orthose avec ou sans plagioclases) Biotite Grenue Cristaux visibles à l’œil nu. L’ensemble de la roche est entièrement cristallisé. DIORITE Microlithique Existence de phénocristaux et de microlithes dans une pâte non cristallisée apparaissant noire en LPA. ANDESITE GRANITE RHYOLITE Refroidissement lent. Roche plutonique d’origine Profonde. Refroidissement rapide. Roche volcanique d’origine superficielle. http://lewebpedagogique.com/bouchaud 18_TS_1B3_lwp.docx Magma moyennement riche en silice (entre 50 et 60 %) d’origine essentiellement mantellique (fusion du manteau) Magma riche en silice (entre 65 et 75%) d’origine essentiellement crustale (fusion de la croûte continentale) Chimie du magma Vitesse de refroidissement 1 Cette nature explosive est liée à la nature des laves, qui est visqueuse. La viscosité dépend elle-même de la chimie du magma et de la température : les roches volcaniques de subduction sont plus froides et plus riches en silicium que les basaltes. Par ailleurs, les gaz sont très présents et ont du mal à s’échapper compte-tenu de la viscosité. Les roches magmatiques des zones de subduction sont donc de nature plutonique (famille des granitoïdes) ou volcanique (famille des andésites, des rhyolites). Voir document 5 page 189. La différence de texture provient de la vitesse de refroidissement. - Transition. Se pose alors le problème : les roches magmatiques de subduction n’ont pas du tout la même composition que la CO subduite. Les roches de la CO ne semblent pas être la source du magma. C’est donc une autre roche qui fond. Il existe pourtant un lien entre le volcanisme et la plaque en subduction (voir la localisation des volcans). Les roches magmatiques sont enrichies en eau par rapport aux basaltes : d’où provient cette eau ? D’une manière générale, on peut poser la problématique suivante : Comment expliquer le magmatisme de subduction ? 2. L’origine du magmatisme. Les zones de subduction sont associées à un magmatisme intense (volcanisme et plutonisme). Les roches magmatiques sont enrichies en eau. Compte tenu des réflexions faites en cours, élaborer une stratégie pour expliquer comment ce magmatisme peut apparaître (travail commun). Document de droite : Localisation du volcanisme par rapport au plan de Wadati-Benioff. © SVT TaleS Nathan 2012 L o ` c Conditions ade fusion de deux roches. l i s a t i o n d u v o l c a n i Conditions de fusion d’une péridotite sèche ou s Conditions de fusion d’un basalte sec ou hydraté m hydratée. e Documents d’après SVT TaleS Belin 2012 p a http://lewebpedagogique.com/bouchaud 18_TS_1B3_lwp.docx 2 r r a Chlorite : présence de OH (eau) Jadéite : absence de OH (eau) Glaucophane : présence de OH (eau) Grenat : absence de OH (eau) Chlorite et glaucophane contiennent de l’eau (surtout chlorite). Ce n’est pas le cas de la jadéite et du grenat (donc perte d’eau sous la forme des groupements hydroxyle). Le gabbro (et plus généralement la CO) s’hydrate au cours de son vieillissement et du contact avec l’eau de mer (apparition d’amphiboles, de chlorite pour le FSV). Au cours de la subduction de la LO, le métamorphisme fait apparaître de nouveaux minéraux : la glaucophane pour le FSB, la jadéite et le grenat pour le FE. La glaucophane contient encore de l’eau, mais moins. La Jd et le Gt n’en contiennent pas. Cette eau a été libérée lors de la cristallisation de ces minéraux. Elle gagne alors le manteau sus-jacent (celui de la plaque chevauchante), ce qui permet la FP de la péridotite par hydratation (elle ne serait pas possible dans le cas contraire, car les températures sont trop basses). On parle d’effet de « fondant » de l’eau. Le taux de FP est proche de 10% pour les péridotites. Les magmas résiduels seront notamment enrichis en Si, en Al, Na, K, appauvris en Mg (tableau page 185). - ce n’est pas le manteau de la plaque subduite, ni la croûte qui subit la FP Ce sont les péridotites de la plaque chevauchante qui subissent la FP. Le magmatisme provient de la déshydratation de la LO subduite, qui a emmagasinée de l’eau au cours de son parcours océanique. En effet, les minéraux qui se forment lors de la pénétration de la plaque subduite dans l’asthénosphère sont anhydres (jadéite, grenat). La libération d’eau engendre la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent par hydratation (l’eau a un effet fondant, comme http://lewebpedagogique.com/bouchaud 18_TS_1B3_lwp.docx 3 avec le chocolat). En effet, les conditions de pression provoquent un départ de l’eau lors se la formation des minéraux de métamorphisme. L’eau trouvée dans la lithosphère subduite provient, quant à elle, de son parcours sous l’océan : au contact de l’eau de mer, les minéraux s’hydroxylent. Autrement dit, une LO constituée de basaltes, de gabbros et de péridotites possèdent des minéraux riches en eau (amphiboles, serpentine pour la péridotite…). Les produits de la fusion partielle, qui n’ont pas la même composition que la roche mère et qui sont moins denses, peuvent : - cristalliser en profondeur dans la croûte, ce qui donne des roches plutoniques à texture grenue (vitesse de refroidissement lente). Voir pages 188 et 189. Ces roches, granites, granodiorites, diorites, ont une chimie proche et sont qualifiées de granitoïdes. La majorité des magmas produits cristallise en profondeur. - traverser la croûte et atteindre la surface par différence de densité : ils refroidissent alors rapidement, et donnent des roches volcaniques à texture microlitique. Refaire au tableau un schéma de la zone de subduction avec tous ces phénomènes, mieux que le livre. 3. La subduction et la croissance de la LC. Les roches magmatiques formées lors de la subduction ont une nature continentale (ce qui les oppose aux roches formées aux dorsales) : la subduction est donc un moyen de créer de la croûte continentale. Voir le document 1 page 190. Le document 2 page 190 montre que les subductions ne représentent pas la majorité des magmas produits, mais que les granitoïdes sont surtouts produits dans ce contexte. Les zones de subductions occupent une surface assez limitée sur Terre. On en trouve notamment tout autour du Pacifique (ceinture de feu du Pacifique). La croûte océanique était la seule présente au début de l’histoire terrestre, or elle disparaît rapidement (pas plus que 200 Ma). La croûte continentale est beaucoup plus ancienne (elle apparaît vers 4 Ga) car elle n’est pas recyclée de la même manière. La croissance des continents est centrifuge, et si l’on prend l’exemple de l’Amérique du Sud, on voit bien que les roches les plus récentes sont liées à la subduction. Conclusion : le magmatisme de subduction, en produisant des roches de nature continentale à partir de la fusion partielle hydratée des péridotites du manteau de la plaque chevauchante, est responsable de la croissance actuelle de la croûte continentale. On parle d’accrétion continentale (dans le sens croissance continentale). Après une période de forte croissance entre 4 et 1,5Ga, la croissance de la croûte continentale est actuellement proche de 0 (la production de CC est notamment compensée par son érosion). Signaler que ce graphique peut être refait dans une copie. Conclusion. Des reliefs sont créés lors de la convergence : c’est le cas des chaînes de collisions (exemple des Alpes et de l’Himalaya), mais aussi avec certaines chaînes de subduction (Cordillère des Andes). Comment évoluent ces reliefs une fois la convergence achevée ? http://lewebpedagogique.com/bouchaud 18_TS_1B3_lwp.docx 4
