Géologie L’origine de la subduction d’une lithosphère océanique 2 Dans le contexte des convergences des plaques lithosphériques, la subduction est caractérisée par l’enfoncement d’une lithosphère océanique dans le manteau asthénosphérique. Lorsqu’elle est âgée, la lithosphère océanique part en subduction, on se propose de rechercher l’origine des subductions (schéma 1). Zone de subduction entre une plaque océanique et une plaque continentale (schéma 1) Le document suivant donne des informations sur les propriétés de la lithosphère et de l’asthénosphère en fonction de la distance à l’axe de la dorsale. Distance à l’axe de la dorsale en km 160 800 2 000 4 800 8 000 Age de la lithosphère océanique en 106 années 2 10 25 60 100 Flux thermique en 10 -2 W.m-2 20 11 7 5 5 Épaisseur lithosphère océanique en km croûte océanique 5 5 5 5 5 manteau lithosphérique 8 24 41 66 87 Masse volumique lithosphère océanique .10 3 kg.m-3 3,127 3,222 3,25 3,268 3,275 Masse volumique asthénosphère .10 3 kg.m-3 3,25 3,25 3,25 3,25 3,25 21 ? 1. À partir du tableau, relevez les caractéristiques de l’évolution de la lithosphère océanique (LO) au cours du temps, depuis une distance de 160 km jusqu’à 8 000 km de l’axe de la dorsale. 2. Q uelles sont les origines de la baisse du flux thermique observée en s’éloignant de l’axe de la dorsale ? 3. Quelle hypothèse proposez-vous pour expliquer l’origine de l’enfoncement de la LO ? 4. De quelles roches la lithosphère océanique et l’asthénosphère mantellique sontelles constituées ? 5. V ous allez tester votre hypothèse avec le matériel suivant : une balance, une éprouvette graduée, un bécher, de l’eau, une calculette, des échantillons de roches, des enveloppes étudiées. Proposez un protocole de mesures pour l’étude de vos échantillons de roches. 6. C herchez les masses volumiques des échantillons de roches que vous avez à disposition. 7. Comparez les résultats et concluez sur la validité ou non de votre hypothèse. Au cours d’une subduction, on observe des changements minéralogiques au sein des roches. Ainsi un méta gabbro à glaucophane (photo ci-dessous) donne en subduction une éclogite avec des grenats et de la jadéite. Leurs masses volumiques sont respectivement de 2,5 à 2,7 .10 3 kg.m-3 pour le méta gabbro et de 3,2 à 3,3. 10 3 kg.m-3 pour l’éclogite. ? 8. Retrouvez sur la photo ci-contre le glaucophane et le pyroxène. 9. À quoi est due l’augmentation de masse volumique ? 10. P eut-on dire que l’augmentation de masse volumique entretient la subduction ? Méta gabbro à glaucophane (© Kathleen Jean Leroux) Lien avec les autres disciplines Mathématiques : construire un graphe de l’âge de la lithosphère en fonction de la distance à l’axe de la dorsale. 22 Corrigé 1. La lithosphère océanique en s’éloignant de l’axe de la dorsale vieillit, se refroidit, s’épaissit par augmentation de l’épaisseur du manteau lithosphérique (l’épaisseur de la croûte océanique reste constante) et sa masse volumique augmente de 3,127.103 kg.m-3 à 3,275.103.kg.m-3 . 2. L a baisse du flux thermique est due à l’éloignement de la zone chaude de production du magma et aux circulations hydrothermales qui parcourent la lithosphère. 3. L a masse volumique de la LO devient supérieure à celle de l’asthénosphère au cours des temps géologiques ce qui provoque son enfoncement. 4. L ’asthénosphère mantellique est exclusivement constituée de péridotite. Par-dessus, la lithosphère comprend de bas en haut des péridotites mantelliques puis des gabbros et des basaltes et enfin des sédiments océaniques. 5. O n pèse chaque échantillon de roche avec la balance. On prend note de cette valeur. On mesure ensuite le volume de chaque échantillon en versant de l’eau dans l’éprouvette graduée jusqu’à un niveau repère. On immerge l’échantillon de roche dans l’éprouvette, on lit le niveau de l’eau atteint dans l’éprouvette. On calcule le volume de l’échantillon correspondant au volume d’eau déplacé. 6. L a masse volumique est le rapport de la masse de l’échantillon sur son volume, elle est - pour les sédiments, le basalte, le gabbro formant la croûte océanique autour de 2,8.103.kg.m-3 - pour la péridotite de la lithosphère de 3,3.103.kg.m-3 - pour la péridotite de l’asthénosphère de 3,27.103.kg.m-3. 7. L es masses volumiques des roches de la lithosphère sont plus élevées que celles de l’asthénosphère. L’hypothèse est donc vérifiée : c’est bien la masse volumique qui provoque la mise en subduction de la LO dans l’asthénosphère. 8. L e glaucophane est bleu et en auréole autour du pyroxène relique brillant, feuilleté. 9. E lle est due à l’augmentation de profondeur, donc de pression, qui provoque un réarrangement des minéraux au sein de la roche. 10. O ui, c’est la masse volumique plus élevée de la lithosphère océanique qui déclenche la subduction et son augmentation qui l’entretient. 23