Chapitre 2 – l`origine du volcanisme et la mise en place des
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Chapitre 2 – l’origine du volcanisme et de la mise en place des granitoïdes. Objectif : Expliquer la présence des roches métamorphiques et des roches magmatiques. I. La formation du magma. 1) Le métamorphisme lors de la divergence de la plaque océanique. 1ère étape : La croûte océanique est constituée de basalte et de gabbro seulement au niveau de la dorsale. Les plagioclases et les pyroxènes (minéraux anhydres) sont stables à 800° C. Quand on s’éloigne de la dorsale, ils se refroidissent à 600° C. Plagioclases et pyroxènes ne sont plus stables. De plus, lors des mouvements de plaques, celles-ci sont déformées et fracturées, ce qui favorise une importante circulation de fluide dans la croûte océanique (hydrothermalisme océanique). Par conséquent, l’association plagioclase – pyroxène se transforme en amphibole brune (minéral hydraté). Plagioclase + pyroxène + eau = amphibole brune (hornblende) Le basalte et le gabbro se transforment en métabasalte et métagabbro à hornblende, roches métamorphiques à 2% d’eau. 2ème étape : Si l’on s’avance un peu plus près de la zone de subduction, l’amphibole brune est remplacée par des amphiboles vertes suivant la réaction : Plagioclase + hornblende + eau = chlorite + actinote Les métabasaltes et métagabbros à hornblende se transforment en métabasaltes et métagabbros à actinote et chlorite contenant 4 à 10% d’eau. C’est un métamorphisme du faciès à schiste vert. La lithosphère océanique est progressivement hydratée. Basalte et gabbro sont métamorphisés en métabasalte et métagabbro contenant des minéraux hydratés comme l’amphibole brune puis verte suivant la réaction : Pyroxène + plagioclase + eau = amphiboles. C’est un métamorphisme basse température en présence d’eau de mer. 2) Le métamorphisme HPBT lors du plongement de la lithosphère océanique. Dans une zone de subduction, la lithosphère océanique s’enfonce dans un manteau chaud. Cependant elle se réchauffe lentement car les roches ont une mauvaise conduction thermique de la chaleur, donc sa température reste relativement faible même à grande profondeur. En revanche, la pression augmente avec la profondeur donc les roches qui constituent la lithosphère sont soumises en s’enfonçant à des transformations HPBT. Chaussard Caroline -1- 2005-2006 Dès les 1ers Km de l’enfouissement de la lithosphère dans le manteau, l’augmentation de la pression va induire une série de réactions de déshydratation successives : - dans le faciès schistes bleus (10 à 50 Km) les amphiboles vertes instables sont remplacées par une amphibole bleue : le glaucophane. La croûte océanique est composée de métabasaltes et métagabbros à glaucophane qui ne contiennent plus que 2% d’eau. - dans le faciès éclogite (50 à 300 Km) le glaucophane est remplacé par le grenat et la jadéite, minéraux anhydres. La croûte océanique est alors composée de métabasaltes et métagabbros à grenat et jadéite. - la péridotite lithosphérique au cours de son enfouissement subit un métamorphisme HPBT qui la transforme en serpentine avec libération d’eau. Le métamorphisme HPBT subi par la lithosphère océanique libère progressivement de l’eau entre 10 et 300 Km de profondeur. Gabbros ou basaltes de la croûte océanique Métamorphisme par hydratation lorsque la lithosphère océanique s’éloigne de la dorsale et se refroidit Faciès schistes verts Métagabbros ou métabasaltes A actinote et chlorite Métamorphisme HPBT par déshydratation lorsque la lithosphère océanique s’enfonce dans le manteau asthénosphérique Faciès schistes bleus Métagabbros ou métabasaltes A glaucophane déshydratation Faciès à éclogites Métagabbros ou métabasaltes à grenat et jadéite 3) La fusion partielle de la péridotite. Placés dans des conditions de températures et de pressions variables, la péridotite mantellique peut se présenter sous 3 états différents : solide, solide + liquide c'est-à-dire partiellement fondu, ou totalement liquide. (voir graphique 2 TP2) La courbe du solidus sépare la phase solide de la phase solide + liquide (fusion partielle) de la péridotite. Le solidus hydraté s’est déplacé par rapport au solidus sec, vers des températures plus basses. On dit que la présence d’eau abaisse le point de fusion de la péridotite. Chaussard Caroline -2- 2005-2006 On connaît l’évolution de la température en fonction de la profondeur dans une zone de subduction (géotherme de zone de subduction). Il coupe seulement le solidus hydraté. Donc seules les péridotites hydratées subissent la fusion partielle. Le métamorphisme HPBT de la plaque plongeante libère de l’eau qui migre vers le haut à travers les péridotites mantelliques de la plaque chevauchante. Cela abaisse leur point de fusion partielle. Entre 80 et 130 Km de profondeur pour une température de 1000 ou 1200°C, la fusion partielle de la péridotite du manteau forme un magma calco–alacalin et siliceux donc visqueux et très riche en gaz. Le magma des zones de subduction provient de la fusion partielle des péridotites hydratées de la plaque chevauchante situées au dessus du plan de Bénioff. II. La cristallisation des roches volcaniques et plutoniques à partir du magma. Le magma moins dense que le manteau monte et s’accumule à la limite manteau/croûte, dans des chambres magmatiques où s’effectue une cristallisation fractionnée. Périodiquement, le magma de composition variable remonte par des fissures : - de la plaque chevauchante océanique. Une partie de ce magma acide s’épanche. A sa surface se forme un arc insulaire composé de roches andésitiques (andésite, rhyolite) à texture microlitique en raison d’une vitesse de refroidissement rapide. Ce volcanisme est explosif : Krakatoa en Indonésie, montagne Pelée en Martinique. L’autre partie est stockée et cristallisée lentement, au sein de la croûte chevauchante (pluton de granodiorite à texture grenue). - de la plaque chevauchante continentale. Si ces fractures atteignent la surface, il se forme à la surface du continent des volcans andésitiques très explosifs (ex : le mont Saint Helens dans la chaîne des cascades au Canada). Si la fracture n’atteint pas la surface, le magma andésitique cristallise lentement en profondeur. On obtient un pluton de granitoïdes à structure grenue (ex : granodiorite) qui augmente l’épaisseur de la croûte continentale. Péridotite mantellique + apport d’eau Fusion partielle Magma calco-alcalin subissant dans la chambre magmatique une cristallisation fractionnée Vitesse de refroidissement rapide, en surface de la croûte terrestre. Vitesse de refroidissement lente, en profondeur dans la croûte terrestre. Roches magmatiques volcaniques (texture microlitique). Roches magmatiques plutoniques (texture grenue). Andésite (amphibole) Rhyolite (quartz) Chaussard Caroline Diorite (amphibole) Granite (quartz) -3- granitoïdes 2005-2006
