c4-supp - Cours Poncet

ocument 6
C. Domaine continental - 4. Formation de nouveaux matériaux
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 explosions, des nuées ardentes, des projections de cendres et de blocs volcaniques.
C4.a ACTIVITE VOLCANIQUE DANS LES ZONES DE SUBDUCTION
i. Activité sismique des zones de subduction
Doc 1 Vue en coupe des foyers sismiques au niveau de la fosse du japon
Le plan incliné selon lequel se répartissent les séismes en profondeur est appeplan de Wadati-Bénioff du nom des
Quand les matériaux traversés sont froids et rigides, les anomalies lé
sont
positives. Quand les matériaux traversés sont chauds et ductiles,deux
les chercheurs à avoir faits cette observation en premier.
anomalies sont négatives.
Fosse du
Pérou
Altiplano
de subduction
sont
Les zones
des zones de fortes activités sismiques. La répartition des séismes
au niveau des fosses
A
B suit un plan incliné correspondant à
+ 4.5 %
l’enfoncement de la lithosphère dans l’asthénosphère. On appelle ce plan,
+3%
100
PLAN DE WADATI-BENIOFF.
+ 1.5 %
200 plan de Wadati-Bénioff sur le doc 1.
1. Tracer
le
0%
%
2. - 1.5
Pour
quelles
raisons, les zones de subduction possèdent les foyers sismiques les
300
-3%
plus profond de la surface terrestre ?
Profondeur
(km)
ii. Activité thermique
des zones de subduction
Les
analyses réalisé
tomographiques
montrent
lesFidji
variations de vitesse des ondes P
Profil
tomographique
au niveau des îlesTonga
et des îles
Iles Fidji
Arc des Tonga
0
+6%
100
200
300
0
400
500
600
-6%
700
Profondeur
(km)
Séismes
Docdu2 flux
Profil
tomographique
desde
îles
Fidji et Tonga
Variation
thermique
dans une zone
subduction
Le flux de chaleur moyen à la surface de la Terre est de 60 mW.m–2.
54
Flux thermique
(mW/m2)
ocument 5
SVT - TS
160
120
80
40
0
en profondeur. Les zones de
subduction présentent deux
types d’anomalies dues à
des variations de température et de densité des
roches traversées.
Les anomalies positives correspondent à des zones plus
froides et plus denses alors
que les anomalies négatives correspondent à des
zones plus chaudes et moins
SVT - TS
C. Domaine continental - 4. Formation de nouveaux matériaux
denses.
La présence d’un flux faible au niveau de la fosse s’interprète par la subduction 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 éruption ? 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 chevauchante ?
8. Pourquoi y a-t-il beaucoup de volcanisme en zone de subduction ?
Les éruptions volcaniques des zones de subduction sont explosives et violentes.
Elles sont caractérisées par :
• Des COULEES PYROCLASTIQUES : mélange de laves, de cendres, de blocs
et de débris à haute température.
• Des NUEES ARDENTES : nuage de gaz
brûlants à très forte pression transportant 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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SVT - TS
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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.
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 visqueux et plus les gaz libérés par la décompression ont du mal à s’échapper. Au
delà d’une certaines accumulation, ils
produisent des explosions qui sont à
l’origine des coulées pyroclastiques.
Les éruptions volcaniques des zones de subduction produisent une grande
diversité de roches, dont l’ANDESITE.
Doc 5 Andésite
La structure de ces roches est caractéristique d’une formation rapide, en surface. Elles ont une structure généralement microlithique faite de petits cristaux allongés et de verres. Elles contiennent également des minéraux hydroxylés (biotite, amphibole) ce qui les distinguent des basaltes des dorsales
et témoignent du rôle prépondérant de l’eau dans la formation des magmas.
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SVT - TS
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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 localisée 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 plongeante atteint 100 à 150 km de profondeur.
La fusion partielle d’une péridotite hydratée
Doc 6 La répartition des isothermes dans une
zone de subduction.
L’analyse des SOLIDUS des différentes roches présentes à cette distance de la
fosse démontre que seules les péridotites hydratées du manteau chevauchant 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
10
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)]
57
16
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Composition chimique d’une péridotite hydratée
et d’un magma andésitique
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.
Doc 7
Composition chimique d’une
11.
péridotite hydratée et d’un
magma
andésitique (en %).
15
C4.c HYDRATATION DU MANTEAU DANS LES ZONES DE SUBDUCTION
Bilan
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 lithosphère océanique sont
soumises à des conditions de pression (hautes
pressions) et de température (basses températures) 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
18 à faciès schiste bleu caractérisé par la présence de glaucophane.
4. Métagabbro à faciès schiste bleu à Eclogite caractérisée par la présence
de grenat et jadéite
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C. Domaine continental - 4. Formation de nouveaux matériaux
ii. Le métamorphisme en zone de subduction produit de l’eau
Les réactions liées au métamorphisme Haute pression-Basse température
produisent de l’eau qui hydrate les péridotites du manteau de la plaque
chevauchante, provoquant sa fusion partielle à l’origine d’un magma.
1. Hydratation et refroidissement
2. Gabbro à Métagabbro à faciès schiste vert caractérisé par la présence de
chlorite et d’actinote.
plagioclase (anorthite) + pyroxène + eau à
hornblende + pyroxène
plagioclase récent + amphibole
plagioclase + hornblende + eau à actinote + chlorite
3. Métagabbro à faciès schiste vert à Métagabbro à faciès schiste bleu caractérisé par la présence de glaucophane.
Plagioclase + Chlorite + Actinote à Glaucophane + eau
4. Métagabbro à faciès schiste bleu à Eclogite caractérisée par la présence
de grenat et jadéite
Plagioclase + glaucophane à grenat + jadéite + eau
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C. Domaine continental - 4. Formation de nouveaux matériaux
C4.d PRODUCTION DE ROCHES PLUTONIQUES
Une partie du magma remontant solidifie en profondeur pour former des
roches plutoniques. Leur nom provient de la forme que prennent les poches
de magma, des plutons.
i. Caractéristiques des roches plutoniques
Les roches plutoniques des zones de subduction ont une structure grenue qui
témoigne de leur mise en place en profondeur. Elles ont une composition
globalement granitique qui permet de les classer dans le groupe des granitoïdes.
ii. Formation de la croûte continentale
Ces roches, granite et granitoïde, produites au niveau des zones de subduc21
tion, sont les roches constitutives de la croûte continentale.
Les continents ont une croissance centrifuge : ils se développent par leur périphérie où sont localisées les zones de subduction. A l’échelle du globe 85%
du magma produit dans les zones de subduction cristallise en profondeur
formant des granites et des granitoïdes. Les zones de subduction sont a
l’origine de 75 à 85 5 des granites et granitoïdes produits sur notre planète,
elles sont les contextes privilégiés de formation de matériaux continentaux.
Au début de l’histoire de la Terre, le globe était entièrement recouvert de
croûte océanique. Le mécanisme de création de croûte continentale dans
les premiers milliards d’années (Archéen, -4 à -2.5 Ga) n’était pas identique a
celui observé aujourd’hui.
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SVT - TS
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C4. FORMATION DE NOUVEAUX MATERIAUX - Résumé
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S’exercer au BAC
Métropole - 2016
I 90 min 8pts
Contexte géologique de l’Amérique centrale
Expliquer comment le contexte de subduction peut être à l’origine de la formation de
nouvelles roches continentales.
Votre réponse doit être présentée sous forme d’un seul schéma intégrant les données
géologiques et géographiques de la région présentée.
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