1. Rappel : 2. Pourquoi une roche fond ?

La genèse des magmas dans les zones de subduction.
1. Rappel :
les magmas produits fournissent des andésites (d'arc ou de cordillère) ; les andésites sont
plus riches en SiO2 que les basaltes. Plus riches en Al2O3. Les MORB sont généralement
considérés comme provenant de la fraction fondue d'une fusion partielle de 15% environ à
quelques km de profondeur.
Pourquoi de andésites alors : H1 : fusion plus faible ; H2 : autre matériel de départ ; H3 : ...
2. Pourquoi une roche fond ?
Rappel sur la notion de solidus et de liquidus dans un mélange.
Insister sur le fait que le géotherme est parallèle au solidus. Ainsi, il n'y a pas de roche fondue en
profondeur, contrairement au très anciennes théories. Donc l'enfouissement ne peut pas faire fondre.
Ce mécanisme ne peut pas fonctionner non plus, car dans la zone de subduction, c'est une plaque
froide qui s'enfonce.
3. Mécanisme proposé = apport d'eau
Étude théorique en laboratoire montre que le solidus humide est différent :
4. C'est bien joli, mais il faut des arguments solides. Fusion
partielle et cristallisation fractionnée
Les exemples donnés ci-dessus concernent des systèmes à l’équilibre, c’est à dire dans lesquels les
cristaux restent en contact avec le liquide suffisamment longtemps pour que les équilibres par
diffusion puissent se réaliser. Dans la nature, il en est tout autrement. Dans une réserve de magma,
ou chambre magmatique, le dégazage et la baisse de température provoquent la cristallisation
partielle du bain fondu. Les cristaux s’accumulent au fond de la chambre, les volatils relâchés du
fait de la cristallisation en haut de la chambre. La pression monte, et le magma est poussé en dehors
de la chambre par des fractures. Tout ou partie des cristaux restent dans la chambre, et le processus
peut se répéter plus haut : il y a donc distillation progressive du magma, avec un changement de
composition dû au soutirage progressif des cristaux, dont la composition est en permanence
différente de celle du bain en raison des propriétés d'incongruence des silicates fondus. Le même
processus se produit à la fusion : dès qu’une petite quantité de magma est produite, elle peut être
entraînée hors de la zone de fusion par pression tectonique, par exemple. Ces deux processus sont la
cristallisation fractionnée et la fusion partielle.
5. il y a de l'eau dans le plancher océanique plongeant.
par exemple les serpentines : Mg3Si2O5(OH)4 dans les métapéridotites du manteau lithosphérique.
Idem pour la lawsonite des métagabbros : CaAl2Si2O7(OH)2·(H2O)
La lawsonite contient 2 groupements H2O par formule structurale, soit 11,4% d’eau en masse Les
serpentines contiennent également l’équivalent de 2 groupements H O par formule, soit 13,0 %
d’eau en masse. Mais est-ce que toute cette eau peut ressortir
Dans les zones de subduction, un morceau de plaque océanique s'enfonce sous le rebord d'une autre
plaque. Il est constitué de sédiments mouillés, de gabbros serpentinisés, de péridotites. Comment
l'augmentation de pression, de température, l'eau contribuent à la fusion ?
6. Le gradient 1
Comment évolue la température en fonction de la profondeur ? (Pour la pression, le problème est
simple) Il semble que ça dépend de l'âge de la plaque.
Pour le savoir, métamorphisme = thermo-baromètre
Lorsqu'un minéral est soumis à des pressions et des températures différentes, son réseau cristallin
peut se modifier : l'exemple le plus classique est andalousite sillimanite disthène (la même
composition chimique = Al2 Si O5 )
On peut donc s'en servir comme thermobaromètre.
Note importante :
La couche de plancher océanique subductée (ou subduite) remonte souvent rapidement vers la
surface quand la subduction cesse (Nous verrons cela pour les Alpes) Les minéraux de HP sont
donc souvent conservés. Il peut aussi y avoir un métamorphisme rétrograde.
7. Application aux serpentines
On a donc sans doute un dégagement d'eau.
8. Qui fait fondre quoi ?
H1 : la croûte subductée.
H3 : les sédiments
H2 : le manteau susjacent.
H4 : la croûte continentale
La composition en éléments majeurs des différentes phases, à tout moment, peut être approchée par
des diagrammes du type de ceux figurés plus haut. Si l'on se réfère au système K-Al-Si, par
exemple, le potassium va se partager entre le liquide et les cristaux à l'équilibre : si ces derniers
sont constitués de quartz, le potassium demeurera dans le liquide. En revanche, si de l'orthose
cristallise, le potassium s'y intégrera prioritairement de même que l'aluminium. La répartition des
éléments majeurs est donc sous le contrôle des phases minérales possibles dans le système. La
nature de ces phases est elle-même sous le contrôle thermodynamique des variables d'état et des
conditions externes (P, T, …) : à tout moment elles doivent satisfaire la minimisation de l'énergie
libre vue plus haut. Les éléments présents en très faibles quantités, ou éléments en traces, vont se
partager entre les phases en fonction de leurs propriétés chimiques : ils vont entrer en substitution
dans le réseau des minéraux majeurs. Leur distribution est réglée par l’égalisation de leur potentiel
chimique dans toutes les phases présentes. Le potentiel chimique se définit comme l’énergie à
payer pour entrer dans le réseau d’un minéral ou demeurer dans le bain fondu. En raison de leur
très faible abondance et à la différence des éléments majeurs comme le silicium, par exemple, leur
partage dans une phase ou une autre peut être totale. Ils constituent donc de bons traceurs des
processus pétrogénétiques de cristallisation fractionnée et fusion partielle.
Le coefficient de partage dépend de la pression et le la température.
Certains doivent travailler sur isotopes, éléments en trace qui justifient les affirmations du cours.
(a) les magmas d'arcs (les moins différenciés) diffèrent peu des MORB (surtout les éléments traces)
⇒ sont aussi dérivés du manteau. Les andésites sont différenciées dans des réservoirs. Il est donc
vraisemblable qu'ils résultent d'une fusion partielle de la péridotite plutôt que des basaltes subductée
ou des sédiments.
(b) Les isotopes radioactifs ou les éléments traces montre que les sédiments ne contribuent que pour
quelques pourcents ou moins aux basaltes d'arc/ Les rapports élevés He4/ He3 confirment cela.
(c) Les données des terres rares des magmas d'arcs insulaires sont cohérentes avec une origine par
fusion partielle de péridotite mais pas d'éclogite qui serait la forme stable d'un basalte subducté à
100 km de profondeur.
Les “akadites”, rares andésites hautement riches en Mg (d'après le nom de l'île Adak des
Aléoutiennes) représenteraient l'exception à cette règle et proviendraient de petites fractions
fondues de la croute subductée. (Kay, 1978; Defant and Drummond, 1990).
enfin, il faut noter que quelques scientifiques croient que les margmas d'arc sont générés néanmons
dans la plaque plongeante. (par exemple Brophy and Marsh, 1986).
La géochimie des éléments traces des magmas d'acs inulaires ne peut toutefois pas être expliquée
uniquement par fusion partielle et mélanges de manteau, sédiment et croute océanique subductée.
L'eau relâchée par déshydratation de la plaque plongeante transporte vraisemblablement des
éléments vers le manteau susjacent. Cet apport d'eau abaisse la température de début de fusion
(solidus). [voir la preuve dans les travaux de Stolper and Newman, 1994) sur les basaltes sousmarins des Marianes.