La convergence lithosphérique et ses effets

La convergence lithosphérique et ses effets
Sujet : L’origine du volcanisme des fosses de subductions : Expliquez comment la
plongée d’une lithosphère océanique entraine la genèse d’un magma a l’origine du
volcanisme des zones de subduction.
Vous illustrerez votre explication par un schéma situant les différents éléments d’une
zone de subduction entrant en jeu.
La région des Antilles ou encore celle de la Cordillères des Andes sont qualifiées de
zone de subduction. Une zone de subduction est une limite où les plaques lithosphériques sont
en convergence (se rapprochent l’une de l’autre). Une plaque océanique, plus dense, plonge
sous une autre plaque (océanique ou continentale). L’activité sismique de ces zones est
intense (séismes violents, témoins d’une marge océanique active). Cela s’accompagne d’une
fusion partielle de du manteau qui peut donner lieu à un volcanisme.
Pb : Comment la plongée d’une lithosphère océanique entraîne-t-elle la formation d’un
magma à l’origine du volcanisme des zones de subduction ?
I) Les mécanismes d’une zone de subduction:
A) Quelques caractéristiques :
Les plaques qui convergent en subduction sont caractérisées par la présence d’une
fosse océanique étroite et très profonde. On retrouve ce phénomène en bordure de certains
continents ou alignements d’îles, par exemple la fosse qui longe les côtes ouest de l’Amérique
du Sud est profonde de 8 km. La fosse sous-marine la plus profonde actuellement connue est
la fosse des Mariannes (nord-ouest de l’océan Pacifique) qui est de 11 km. Le fond océanique
à une profondeur moyenne de 4 km (plaines abyssales). Au-delà de la fosse on retrouve des
chaînes de volcans, et la distance entre le fond de la fosse et le sommet d’un volcan peut aller
jusqu’à 15 km. Ainsi les zones de subduction sont caractérisées par l’association de reliefs
« négatifs » et de reliefs « positifs ».
B) La répartition des foyers sismiques et anomalies thermiques :
On observe qu’en s’éloignant de la fosse (se rapprochant d’un continent ou d’un arc
insulaire), la profondeur des hypocentres (foyers des séismes) augmente. Les plus superficiels
sont à environ 100 km, et les plus profonds à environ 800 km. Ils s’inscrivent alors dans un
plan plus ou moins incliné appelé plan de Bénioff. Cette distribution géométrique des foyers
dessine le plongement d’une plaque océanique, c’est-à-dire d’une portion rigide de
lithosphère à l’intérieur du manteau plus chaud et ductile. Ainsi, au niveau de cette zone, le
flux géothermique (circulation de chaleur dans la terre) présente deux anomalies. La première
est dite anomalie « négative », car au niveau de la fosse la plaque plongeante est relativement
froide et le flux géothermique est faible. La seconde est dite anomalie « positive », car au
niveau du continent ou de l’arc insulaire le flux de chaleur est élevé (matériel chaud sous les
édifices volcaniques).

II) Le magmatisme d’une zone de subduction :
A) Les roches magmatiques des zones de subduction :
Les roches magmatiques sont issues du refroidissement du magma. L’accumulation de
ces magmas chauds à la surface de la plaque chevauchante explique les anomalies thermiques
positives observées. Les variations de température et de pression sont à l’origine de la
formation de roches de même composition mais de structures différentes. En effet les magmas
andésitiques sont émis en surface au niveau de volcans (andésites, rhyolites) ou sont refroidis
en profondeur (diorites, grano-diorites). Cela dépend de leur viscosité qui augmente en
fonction de leur teneur en silices. Ces phénomènes sont à l’origine de la création d’une
quantité considérable de croûte continentale
B) L’origine du magmatisme :
Lorsque la lithosphère s’enfonce dans le manteau asthénosphérique déformable
et plus chaud, elle se réchauffe à son tour. Mais sa température reste relativement froide et la
plaque garde sa rigidité jusqu’à des profondeurs importantes (plusieurs centaines de
kilomètres). Ceci explique les anomalies thermiques négatives observées et l’alignement des
nombreux foyers sismiques sur le plan de Bénioff. La lithosphère, composée de schistes verts,
subis un métamorphisme. Les minéraux des roches, déstabilisés par des changements de
température et de pression, se transforment. Leur composition chimique ne varie presque pas,
mais on note la formation de schistes bleus puis d’éclogites.
Exemple d’une zone de
subduction : les points situant les
foyers des séismes, du moins
intense (jaune) au plus intense
(noir), forment le plan de Bénioff.
Vieillissement de la
lithosphère océanique

La croûte océanique qui subit la subduction est très hydratée. Les basaltes et gabbro
sont transformés par des circulations hydrothermales en minéraux verts riches en eau (schistes
verts). Le métamorphisme des roches océaniques, se produisant lors de la subduction, se
caractérise par une déshydratation des roches (minéraux formés de plus en plus pauvres en
eau). Cette eau libérée hydrate le manteau et diminue sa température de fusion.
On obtient un magma mantellique assez pauvre en silice. En remontant il peut
déclancher une fusion partielle de la croûte. Cela donne naissance au magma qui migre vers la
surface. Ainsi il y a formation de volcans à l’arrière des zones de subduction.
H2O H2O
Pour conclure, la plaque océanique plonge dans le manteau plus chaud et plus
déformable selon un plan incliné (plan de Bénioff). L’augmentation de la densité de la
lithosphère océanique est le principal moteur de la subduction. Le magmatisme provient de la
fusion partielle du manteau. Le métamorphisme de la plaque plongeante fourni l’eau
nécessaire à la fusion. Ces phénomènes sont à l’origine du volcanisme des zones de
subduction.
SCHÉMA BILAN : page 197 du manuel.
Schistes verts  Schistes bleus  Éclogites
Roches métamorphiques de la lithosphère
Océanique en subduction.
Roches magmatiques
FUSION PARTIELLE DU MANTEAU
Déplacement
du solidus
grâce à
l’hydratation
de la plaque
supérieur

+ ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE :
Le dimanche 25 mars 2012, James Cameron, le réalisateur de Titanic, est devenu le
premier homme à explorer en solo pendant plusieurs heures, la fosse des Mariannes, à un
record de 10 898 mètres de fond. Agé de 57 ans, il a plongé seul à bord d'un mini sous-marin
de huit mètres de long, le Deepsea Challenger, aussi appelé "la torpille verticale". L'appareil,
qui a nécessité huit années de recherches, a été conçu pour descendre à la vitesse de 150
mètres par minute. Il lui a fallu deux heures et trente-six minutes pour la descente. La
remontée, plus rapide que prévu, a pris 70 minutes. (Wikipédia)
Elisa L’HERMITE TS1