E-La dorsale une zone magmatique

- TP : Étude d’une dorsale (1 séance).
En première année, cette étude s’appuie sur des documents cartographiques et permet d’intégrer les acquis de la géophysique.
L’analyse pétrographique est réalisée à l’aide d’échantillons et de photographies de lames minces (reconnaissance des structures).
Rappel sur les dorsales (et sur les exercices qui peuvent tomber en plus de ceux du présent poly)
Daniel Breton
A-La dorsale, un relief sous-marin
-profil topographique : dôme ou rift, segmentation, contreforts
B-La dorsale une zone d’expansion océanique
1-Mise en évidence
-les anomalies magnétiques d’intensité du champ actuel sont parallèles à l’axe de la dorsale, le patron est semblable à l’échelle
paléomagnétique
-les cartes de l’âge des premiers sédiments en contact avec le basalte
2-Déterminaion de la vitesse linéaire d’expansion
-âge des premiers sédiments en contact avec le basalte
-profil magnétique + échelle des anomalies magnétiques
3-Variations de la vitesse linéaire d’expansion
-selon le type de dorsale (lente, rapide)
-avec l’éloignement au pôle Eulérien de rotation
C-La dorsale une zone sismique
-localisation de la sismicité peu profonde selon une bande étroite : une frontière de plaque
-deux types de séismes associés aux failles présentes à la dorsale :
*mécanismes au foyer de type faille normale  la dorsale comme zone de distension
*des failles transverses avec mécanisme au foyer de type décrochant uniquement entre deux tronçons de dorsale  failles
transformantes frontière de plaques coulissantes
NB : Failles transformantes comme petites cercles eulériens
D-La dorsale une zone de convection du manteau ascendante à l’axe et divergente de part et d’autre de l’axe
1-Les manifestations de la convection
-Flux de chaleur par conduction fort à l’axe de la dorsale et décroissant de part et d’autre
-tomographie sismique : anomalie négative dans les premières centaines de km de profondeur
2-Les conséquences de la convection
-expansion océanique
-morphologie de la dorsale comme conséquence de l’équilibre isostatique (bombement et subsidence thermiques, calcul isostatique du
relief)
-sismicité de failles normales car glissement de la lithosphère océanique le long des contreforts de la dorsale
-magmatisme : voir E/
E-La dorsale une zone magmatique
1-Manifestations du magmatisme
épanchement superficiel
détection sismique d’une chambre magmatique
2-Nature et structure pétrologique le la lithosphère océanique
carto, photos d’affleurements, macroéchantillon, lames minces
3-Conditions et modalités de fusion partielle
-rapport solidus géothermes
-tableau d’oxydes : preuves et taux de fusion
Etude Pétrographique de la croûte océanique
La dorsale océanique est la principale source de magmas à la surface du globe.
Des Basaltes de type MORB (Mid-Ocean Ridge Basalts) sont mis en place à son axe. Ces basaltes sont tholéitiques c’est-à-dire
relativement riches en silice pour des basaltes (>50% SiO2 non exprimé) et pauvre en alcalins (Na20, K20)
I-Topographie de la dorsale
L’étude bathymétrique des de la dorsale s’effectue :
-par des navires océanographiques possédant des sondeurs multifaisceaux de type seabeam
-ou bien par altimétrie satellitaire
La profondeur moyenne des océans 4000m,( fosse des Mariannes Pacifique 11000 m), la dorsale constitue un relief important à 2500 m
de fond, ses contreforts descendent jusqu’à 5000m ; la longueur totale des dorsales est de 60000km, les dorsales constituent des
« montagnes » sous les mers.
La dorsale est segmentée par des failles transformantes (seule la partie de la faille qui se trouve entre les deux tronçons est
tectoniquement active) de part et d’autre desquelles la profondeur du plancher océanique n’est pas la même car les deux plaques en vis-àvis ont des âges différents donc des états thermiques différents donc de niveaux d’équilibre isostatique différents.
Il existe différents types de dorsales
Dorsales de type Pacifique : dorsales rapides :
9-16cm /an, 3000km de large, bombée (dilatation thermique), segments de 100-300km, pour laquelle les épisodes tectoniques et
volcaniques sont d’importance égale.
Dorsales de type Atlantique (et mer rouge) : dorsales lentes :
1-5cm /an, 2000km de large, vallée axiale bordée de failles normales (rift large de 30 km et profond de 1 à 2km), segments de 50-100km
Morphologie en graben car extension tectonique plus importante.
II-Etude pétrologique directe de la croûte océanique par dragage, forage, étude de coupes naturelles à l’aide de submersibles
Les submersibles (Nautile, Cyana, Victor) permettent d’observer des pillow lavas à l’axe de la dorsale (pas recouverts de sédiments)
Ces laves en coussins craquelées desquamées se seraient mises en place à 1200°C et figées par le contact avec l’eau de mer à 2°C.
Cependant les submersibles sont aussi utilisés pour l’étude de coupes naturelles de grandes failles transformantes comme la faille de Véma
dans l’océan Atlantique central.
Les Forages ponctuels permettent d’obtenir des log stratigraphiques mais ils n’atteignent pas le manteau
III-Etude de la CO par les ophiolites : étude de la nappe d’Oman
de ophis serpent et lithos pierre : les ophiolites sont des formations géologiques (composées de plusieurs roches différentes) qui montrent
un aspect écailleux verdâtre (peau de serpent).
On les rencontre à Terre, toujours en situation tectonique reposant sur la bordure d’un continent (Oman) ou coincé dans la suture à la suite
d’une collision intervenue entre deux blocs continentaux (Alpes, Himalaya, Appalaches…).
Elles contiennent le même type de roches que la lithosphère océanique et on les interprète comme de la lithosphère océanique
fossile. Elles nous sont précieuses car elles permettent d’étudier « à pieds secs » donc à moindres frais la lithosphère océanique.
A-Etude pétrologique (macro et microscopique) des différentes roches de la lithosphère océanique
Les ophiolites d’Oman sont rouges car elles sont oxydées
bilan : composition de la croûte
océanique
Basaltes et gabbros sont cogénétiques,
même composition globale (composition
en oxyde montre qu’ils sont issus du même
magma) mais pas même structure (gabbros
issus de refroidissement lent alors que
basaltes rapide).
Le magma à l’origine de ces deux roche est
un magma de type tholéitique c’est-à-dire
pauvre en alcalins ( , à silice abondante
(>50% même si le quartz n’y est pas
exprimé, il est virtuel dans le verre).
B-Organisation de l’affleurement de la nappe ophiolitique d’Oman
Au Sud du golfe d’Oman
-quels arguments permettent de définir l’ensemble de Sémail comme une ophiolite ?
-Quelles traces observe-t-on du phénomène d’obduction qui les a mis en place ?
-Effectuer une coupe sommaire NS.
-réaliser un schéma structural de la nappe d’Oman.
Au Nord du Golfe d’Oman
-Qu’est-ce qui prouve l’existence d’une zone de subduction au niveau de la marge iranienne ?
-Quels sont les arguments qui permettent d’identifier la zone de Makran comme un prisme d’accrétion ?
-Peut-on dater le phénomène ?
IV-Etude sismique de la croûte océanique et de la dorsale
B-Profil de sismique réflexion au niveau de la dorsale
B-Profil de sismique réfraction
Couche 1 sédiments
Couche 2 basaltes ? (pillows et complexe filonien)
Couche 3 gabbros isotropes, lités + péridotites litées ?
A 6km moho sismique
Ce schéma est interprétatif , le moho pétrologique ne
correspondrait pas au moho sismique.
Il ne faut pas vouloir faire coller absolument le modèle
sismique au modèle pétrologique.
D’autant que la signature sismique des fonds océaniques
issus d’une dorsale lente est approximativement la même
que celle des fonds issus d’une dorsale rapide alors que
leur pétrologie est différente.
En effet, les fonds océaniques issus de dorsales lentes
ressembleraient aux ophiolites de type LOT avec des
péridotites serpentinisées surmontées directement de
basaltes (voir affleurant) et injectées de poches de
gabbros. Ces fonds océaniques ne présentent donc pas de
discontinuité pétrologique, les discontinuités sismiques
observées entre les couches 2, et 3 correspondrait à des
fronts de serpentinisation (la densité de l’olivine
serpentinisée étant inférieure à celle de l’olivine
fraiche) : la couche 2 correspondrait à de la péridotite
serpentinisée et la couche 3 à de la péridotite fraîche.