c4-supp - Cours Poncet

SVT - TS C. Domaine continental - 4. Formation de nouveaux matériaux
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C4. Formation de nouveaux matériaux
Dans les zones de subduction, le bord de la plaque chevauchante porte des
volcans dont les éruptions sont très violentes et caractérisées par des explo-
sions, des nuées ardentes, des projections de cendres et de blocs volca-
niques.
C4.a ACTIVITE VOLCANIQUE DANS LES ZONES DE SUBDUCTION
i. Activité sismique des zones de subduction
Les zones de subduction sont des zones de fortes activités sismiques. La répar-
tition des séismes au niveau des fosses suit un plan incliné correspondant à
l’enfoncement de la lithosphère dans l’asthénosphère. On appelle ce plan,
PLAN DE WADATI-BENIOFF.
1. Tracer le plan de Wadati-Bénioff sur le doc 1.
2. Pour quelles raisons, les zones de subduction possèdent les foyers sismiques les
plus profond de la surface terrestre ?
ii. Activité thermique des zones de subduction
Les analyses tomographiques montrent les variations de vitesse des ondes P
en profondeur. Les zones de
subduction présentent deux
types d’anomalies dues à
des variations de tempéra-
ture et de densité des
roches traversées.
Les anomalies positives cor-
respondent à des zones plus
froides et plus denses alors
que les anomalies néga-
tives correspondent à des
zones plus chaudes et moins
Doc 2 Profil to-
mographique
réalisé au niveau
des îles Tonga et
des îles Fidji
Doc 1 Vue en coupe des foyers sis-
miques au niveau de la fosse du japon
Le plan incliné selon lequel se répartis-
sent les séismes en profondeur est appe-
lé plan de Wadati-Bénioff du nom des
deux chercheurs à avoir faits cette obser-
vation en premier.
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Séquence 2 – SN02
Quand les matériaux traversés sont froids et rigides, les anomalies sont
positives. Quand les matériaux traversés sont chauds et ductiles, les
anomalies sont négatives.
+ 4.5 %
+ 3 %
+ 1.5 %
0 %
- 1.5 %
- 3 %
100
200
300
Profondeur
(km)
AB
Fosse du
Pérou Altiplano
Profil tomographique réalisé au niveau des îlesTonga et des îles Fidji
100
200
300
400
500
600
700
0
Profondeur
(km)
- 6 %
+ 6 %
0
Iles Fidji Arc des Tonga
Séismes
Variation du flux thermique dans une zone de subduction
Le flux de chaleur moyen à la surface de la Terre est de 60 mW.m–2.
0
40
80
120
160
EstOuest
Flux thermique
(mW/m2)
Arc volcanique Fosse
! Montrer que, dans une zone de subduction, il existe une double ano-
malie thermique, signature de la subduction de la lithosphère océa-
nique et du magmatisme.
Document 5
Document 6
Questions
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Doc 2 Profil tomographique des îles Fidji et Tonga

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denses.
La présence d’un flux faible au niveau de la fosse s’interprète par la subduc-
tion de la lithosphère froide. Le flux élevé reflète l’ascension et l’accumulation
des magmas dans la croûte de la plaque chevauchante.
iii. Caractéristiques du volcanisme des zones de subduction
è Analyser des documents
Doc 3 Film «Planète Terre, aux Origines de la Vie - Le Mont Saint Helens», 00:00-30:00
3. Quels sont les signes avant-coureurs d’une éruption ? A quoi sont-ils dus ?
4. L’éruption du Mont St-Helens correspond-elle à l’image classique d’une érup-
tion ? Pourquoi ?
5. Quels types d’indices utilisent les géologues pour comprendre l’événement
de mars 1950 ?
6. Récapituler les différentes étapes de la catastrophe naturelle du 18 mars
1980.
7. Le mont St-Helens est un volcan de zone de subduction. A votre avis, sur
quelle plaque se trouve-t-il ? La plaque en subduction ou la plaque chevau-
chante ?
8. Pourquoi y a-t-il beaucoup de volcanisme en zone de subduction ?
Les éruptions volcaniques des zones de subduction sont explosives et vio-
lentes.
Elles sont caractérisées par :
• Des COULEES PYROCLASTIQUES : mé-
lange de laves, de cendres, de blocs
et de débris à haute température.
• Des NUEES ARDENTES : nuage de gaz
brûlants à très forte pression transpor-
tant une grande quantité de débris
et de laves de toute taille.
Les éruptions volcaniques les plus explosives sont caractérisées par la
présence de très riches en silice. Cette concentration élevée en silice
augmente la VISCOSITE de la lave (voir doc 4, p. 56). Plus un magma est
visqueux, plus il remonte lentement et donc ce refroidit ce qui augmente
encore les différences de viscosité. Une lave visqueuse ainsi les gaz
volcaniques conduisant à de fortes éruptions explosives.
Les concentrations élevées de silices se retrouvent dans les roches
volcaniques (magmatiques) produites par l’éruption.

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iv. Production de roches volcaniques
Les roches volcaniques sont des roches magmatiques produites en surface
par refroidissement de lave (nom donné au magma remonté en surface).
Elles se distinguent des roches plutoniques formées, elles, en profondeur. Leur
nature dépend de la lave dont elles sont issues.
Les éruptions volcaniques des zones de subduction produisent une grande
diversité de roches, dont l’ANDESITE.
La structure de ces roches est caractéristique d’une formation rapide, en sur-
face. Elles ont une structure généralement microlithique faite de petits cris-
taux allongés et de verres. Elles contiennent également des minéraux hy-
droxylés (biotite, amphibole) ce qui les distinguent des basaltes des dorsales
et témoignent du rôle prépondérant de l’eau dans la formation des magmas.
Doc 4 Relations entre composition
chimique, viscosité et température
d’émission des laves.
La viscosité des magmas varie en fonction
de leur teneur en silice. Il en résulte des
différences de vitesse de remontée vers la
surface : plus le magma est visqueux, plus
il remonte lentement, plus il se refroidit.
Cet effet, amplifie encore les différences
de viscosité. Or plus un magma est vis-
queux et plus les gaz libérés par la dé-
compression ont du mal à s’échapper. Au
delà d’une certaines accumulation, ils
produisent des explosions qui sont à
l’origine des coulées pyroclastiques.
Doc 5 Andésite

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C4.b ORIGINE DES MAGMAS DES ZONES DE SUBDUCTION
Dans les zones de subduction, on observe que l’activité volcanique est locali-
sée au niveau d’un arc volcanique à une centaine de kilomètres de la fosse
océanique. Cet arc volcanique correspond à la distance où la plaque plon-
geante atteint 100 à 150 km de profondeur.
L’analyse des SOLIDUS des différentes roches présentes à cette distance de la
fosse démontre que seules les péridotites hydratées du manteau chevau-
chant sont capables d’entrer en fusion partielle dans ces conditions P/T. Elles
sont donc à l’origine du magma des zones de subduction.
Lorsque les conditions de fusion sont atteintes, la péridotite comment à
fondre : certains éléments chimiques passent dans la phase liquide (comme
le potassium) alors que d’autres restent dans les réseaux cristallins (comme le
magnésium).
Il s’agit donc d’une FUSION PARTIELLE (10%). Elle produit un magma et une
péridotite résiduelle.
Calcul du taux de fusion Tf
On peut estimer le taux de fusion d’une roche, c’est-à-dire le pourcentage
du volume de la roche qui a fondu (lorsque Tf = 1, 100% du volume a fondu). Il
faut pour cela comparer les pourcentages massiques d’un élément chimique
A dans la roche mère, dans la roche résiduelle et dans le magma :
[1] A roche mère = [Amagma Tf] + [Aroche résiduelle (1 - Tf)]
La fusion partielle d’une péridotite hydratée
16
10
Doc 6 La réparti-
tion des iso-
thermes dans une
zone de subduc-
tion.

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è Analyser des documents
9. Calculer le taux de fusion de la
péridotite hydratée.
Note : On peut considérer que dès
le début de la fusion, l’élément
potassium passe intégralement en
phase liquide.
10.
11.
C4.c HYDRATATION DU MANTEAU DANS LES ZONES DE SUBDUCTION
i. Chaîne de métamorphisme en zone de subduction
L’eau provient de la
déshydratation des
roches de la plaque
plongeante. Le long du
plan de Wadati-Benioff,
les roches de la lithos-
phère océanique sont
soumises à des condi-
tions de pression (hautes
pressions) et de tempé-
rature (basses tempéra-
tures) différentes de
celles de leur formation.
1. Hydratation et refroidissement
2. Gabbro à Métagabbro à faciès schiste vert caractérisé par la présence de
chlorite et d’actinote.
3. Métagabbro à faciès schiste vert à Métagabbro à faciès schiste bleu ca-
ractérisé par la présence de glaucophane.
4. Métagabbro à faciès schiste bleu à Eclogite caractérisée par la présence
de grenat et jadéite
Doc 7 Composition chimique d’une
péridotite hydratée et d’un magma
andésitique (en %).
Composition chimique d’une péridotite hydratée
et d’un magma andésitique
15
Bilan
18