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Thème 1 : Terre dans l'univers, la vie et l'évolution du vivant
Partie B - Le domaine continental et sa dynamique
Chapitre 8 - Le magmatisme en zone de subduction: une
production de nouveaux matériaux continentaux
● Alors que les dorsales océaniques donnent naissance à la croûte océanique par accrétion de
basaltes et de gabbros, les zones de subduction sont le siège d'une importante activité
magmatique qui aboutit à une production de croûte continentale.
I. Le volcanisme des zones de subduction
● Les zones de subduction sont caractérisées par la présence de nombreux volcans disposés sur
les plaques lithosphériques chevauchantes, parallèlement aux fosses océaniques qui les
bordent.
● Dans les zones de subduction, les volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à
des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives accompagnées de projections de
cendres plus ou moins abondantes ou de nuées ardentes.
● La viscosité de ces laves et la présence de nombreux gaz dissous peuvent expliquer le
caractère explosif de ces éruptions. En effet, la forte viscosité de la lave bloque le dégazage
progressif du magma au cours de sa remontée si bien que, parvenus en surface, les gaz piégés
dans la lave se détendent violemment, ce qui provoque l'explosion du volcan.
Rq: La teneur en silice SiO2 des magmas est le plus fréquemment comprise entre 45% et 70%.
Les magmas à 45% sont dits pauvres en silice et les magmas à 70% sont dits riches en silice.
C’est cette teneur en silice qui détermine la viscosité du magma, c’est-à-dire la résistance à
l’écoulement. Plus un magma est riche en silice, plus il est visqueux, ce qui est le cas des
magmas produits en zone de subduction.
II. Les roches magmatiques des zones de subduction
● Dans les zones de subduction, on retrouve deux types de roches magmatiques : des roches
volcaniques à structure microlitique et des roches plutoniques à structure grenue.
● Les roches volcaniques, principalement des andésites et des rhyolites, présentent une texture
microlitique. Une telle structure minérale de la roche, révèle un refroidissement rapide du
magma en surface à la suite d'une éruption.
● Les roches plutoniques, essentiellement des granitoïdes, présentent une texture grenue. Une
telle structure minérale de la roche, révèle un refroidissement du magma lent, progressif et en
profondeur sous forme de pluton.
Rq: En profondeur le magma visqueux remonte très lentement, par différence de densité, sous
forme de diapirs. Ces derniers cristallisent avant d'atteindre la surface en formant des plutons
que l'érosion dégagera ultérieurement.
● L’ascension de ces magmas chauds au niveau de la plaque chevauchante explique l’anomalie
thermique positive.
● Ces roches magmatiques des zones de subduction contiennent des minéraux hydroxylés
(riches en groupements -OH), principalement les micas (biotite et muscovite) et les
amphiboles. Cette composition chimique suggère la présence d’eau dans le magma qui est à
l’origine de leur formation.
Rq: Les péridotites du manteau sont composées essentiellement de pyroxènes et d'olivine qui
sont des minéraux anhydres (c'est-à-dire dépourvus de groupements -OH). Se pose alors le
problème de l'origine de l'eau dans les minéraux des roches de la croûte continentale.
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III. La genèse des magmas en zone de subduction
● A la profondeur où sont produits les magmas dans une zone de subduction, la température est
insuffisante pour permettre la fusion des péridotites, du moins si celles-ci restent anhydres. En
revanche, des études expérimentales ont montré que l'hydratation des péridotites abaisse leur
point de fusion. Ainsi, il semble que la fusion partielle du manteau à l'origine des magmas
granitiques soit due à l'hydratation de la plaque chevauchante.
● La croûte océanique qui subit la subduction est une croûte très hydratée: lors de leur histoire
océanique, les basaltes et gabbros qui la constituent ont en effet été transformés par les
circulations hydrothermales. Des minéraux verts tels que la chlorite, un minéral très hydraté, se
sont formés dans les basaltes et les gabbros en donnant à ces roches un faciès particulier, celui
des schistes verts. (Ces transformations minéralogiques sont dues à des circulations d'eau dans
les fractures du plancher océanique; on parle de métamorphisme hydrothermal; il s'agit d'un
métamorphisme de BP/HT).
Lors de leur subduction, le métamorphisme, qui transforme les schistes verts en schistes bleus
puis en éclogite, se caractérise par une déshydratation progressive des roches car les minéraux
nouveaux qui se forment, par ce métamorphisme, sont de plus en plus pauvres en eau. Ce
processus libère donc une quantité considérable d'eau qui quitte la plaque plongeante et percole
dans le manteau de la plaque chevauchante. L'hydratation de ce manteau diminue sa
température de fusion (en abaissant le solidus des péridotites).
Vers 100-150 km de profondeur, à l'aplomb de l'arc magmatique, les conditions d'une fusion
partielle sont réunies; la température s'est élevée suffisamment pour que le point de fusion de la
péridotite hydratée soit atteint.
Rq: Cette fusion partielle du manteau donne naissance à des magmas. Plus en profondeur, la
température est insuffisante pour provoquer la fusion partielle: la genèse de magmas est donc
un phénomène très localisé.
IV. Une évolution de la composition chimique des magmas
● La fusion partielle des péridotites hydratées produit un magma originel de composition
basaltique. La composition chimique de ce dernier se modifie au fur et à mesure des diverses
cristallisations minéralogiques :
- son refroidissement très lent s'accompagne d'une cristallisation progressive, qui commence
par celle des minéraux les plus pauvre en silice (ce qui enrichit le magma résiduel en silice);
- il peut aussi s'enrichir en silice en permettant la fusion localisée des matériaux de la croûte
continentale encaissante.
Rq: Le processus par lequel un magma se scinde en portions chimiquement et
minéralogiquement différentes est appelé différenciation magmatique. La cristallisation des
minéraux différents à des moments successifs dans un magma qui se refroidit est appelée
cristallisation fractionnée.
Finalement, les roches magmatiques produites, qu'elles soient volcaniques ou plutoniques, sont
essentiellement de composition chimique des granitoïdes, des rhyolites ou des andésites.
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V. Subduction et accrétion continentale
● La production de magmas dans une zone de subduction est le principal "fournisseur" de
croûte continentale récente: on qualifie cette production d'accrétion continentale.
Cette accrétion n'est pas constante au cours du temps: très importante à cette période ancienne
de l'histoire de la Terre, aujourd'hui création et destruction continentales s'équilibrent à peu
près. Ainsi la surface de la croûte continentale ne change donc pratiquement pas.
Définitions :
- accrétion (n.m.; lat. accretio, accroissement) : augmentation de volume d'un corps par
adjonction de matière extérieure;
- magma (n.m.; gr. magma: résidu pâteux) : roche en fusion à haute température (dont
l'état liquide est plus ou moins fluide) contenant des gaz dissous;
- roche magmatique : roche résultant de la cristallisation d'un magma;
- roche volcanique : roche magmatique effusive ou extrusive, mise en place à l'état
liquide ou pâteux (laves) en surface, à l'air libre ou sous l'eau, à refroidissement rapide,
surtout riche en petits cristaux (microlites) pris dans un verre plus ou moins abondant;
- roche plutonique: roche magmatique de profondeur, à texture grenue du fait d'un
refroidissement lent;
- nuée ardente: grand volume de gaz brûlants à très forte pression transportant, à la suite
d'une violente explosion, des masses considérables de débris de lave (des cendres aux
blocs) et se déplaçant à grande vitesse (> 100 km/h);
- pluton : massif formé de roche magmatique plutonique constituant une grosse masse
ovoïde;
- diapir : remontée d’un pluton par différence de densité;
- granitoïde: terme désignant l'ensemble des roches proches des granites (on y regroupe
les granites, les granites monzonitiques, granodiorites...);
- solidus : dans un diagramme composition-température, lieu des points séparant le
domaine où la phase solide existe seule de celui où elle coexiste avec une phase
liquide;
Je dois être capable :
- de définir le vocabulaire spécifique;
- d'identifier les différentes roches magmatiques des zones de subduction;
- d’expliquer l’origine du magmatisme des zones de subduction;
- d'exploiter des résultats de modélisation de fusion partielle des roches;
- d'expliquer la diversité des roches magmatiques formées par différenciation d'un
magma
- de comparer les compositions minéralogiques et chimiques des roches de la croûte
continentale et de la croûte océanique
Sources:
- Bordas, SVT, Term.S, enseig. spécifique, collection C. Lizeaux, D. Baude, programme 2012
- Belin, SVT, Term.S, enseig. spécifique, collection A. Duco, programme 2012
- Nathan, SV, Term.S, enseig. spécifique, M. Jubault-Bregler, programme 2012
- Dictionnaire de géologie, A. Foucault, J.F. Raoult, 4è édition, édition Masson
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