Fiche de révision thème 1-B-3 : le magmatisme des zones de
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Fiche de révision thème 1-B-3 : le magmatisme des zones de subduction 1. L’activité magmatique des zones de subduction Les volcans des zones de subduction sont des volcans célèbres car extrêmement destructeurs : l’éruption de 1902 de la montagne Pelée à la Martinique ravagea le village de Saint-Pierre ; l’éruption de 1980 du mont Saint-Helens sur la côte ouest des USA a conduit à la destruction de toute une région ; plus récemment, l’éruption de 1991 du Pinatubo aux Philippines a conduit à l’émission de 30 millions de tonnes de poussières dans l’atmosphère ayant un impact sur la température du globe. Les laves de ces volcans sont visqueuses et ne peuvent s’écouler : elles s’accumulent sur place formant ce qui est appelé un dôme qui peut croître jusqu’à plusieurs centaines de mètres de haut. Les laves étant visqueuses, les gaz contenus dans le magma ne peuvent s’échapper facilement : le dôme formant un bouchon, si la pression des gaz augmente fortement, une explosion ou, le plus souvent, plusieurs explosions majeures ont lieu, détruisant le dôme. Lors de ces explosions, des tonnes de matériaux de tailles variées sont projetées en altitude. Des coulées pyroclastiques ou nuées ardentes peuvent avoir lieu : elles correspondent à un mélange de cendres et de poussières à haute température dévalant les flancs du volcan et détruisant tout sur leur passage. Lors de phénomènes explosifs de moindre ampleur, des cendres sont accumulées sur place formant le cône volcanique. Aussi spectaculaires que soient les éruptions explosives, elles ne représentent qu’une partie de l’activité magmatique des zones de subduction. L’essentiel du magma demeure en profondeur et forme de grandes quantités de roches plutoniques : globalement, uniquement 10 % du magma formé au niveau des zones de subduction arrive en surface. Les roches magmatiques des zones de subduction Diverses roches magmatiques sont mises en place dans les zones de subduction : en surface, on trouve des roches volcaniques proches de l’andésite alors qu’en profondeur on trouve des roches plutoniques proches de la granodiorite. A l’œil nu, l’andésite est une roche homogène et gris clair présentant des bulles témoignant de la difficulté des gaz à s’échapper. Au microscope, la roche présente une structure microlitique : les microlites correspondent principalement aux plagioclases et aux pyroxènes et, en quantité moindre, à l’amphibole hornblende et au micas biotite ; autour de ces microlites, des phénocristaux de feldspath plagioclase et de pyroxène sont visibles. A l’œil nu, la granodiorite présente un aspect hétérogène d’une couleur généralement grise présentant des grands minéraux de diverses couleurs entre le blanc et le gris. Au microscope, la roche présente une structure grenue : les cristaux sont des cristaux de quartz, de feldspath plagioclase, de feldspath orthose, de micas biotite et d’amphibole hornblende. Cette différence de structure est due au mode de refroidissement de la lave : - si la lave refroidit en surface, son refroidissement est rapide du fait de la différence de température entre la lave et le milieu extérieur ; les minéraux qui se forment n’ont pas le temps de se développer et sont donc de petite taille ce qui est à l’origine de la structure microlitique ; - si la lave refroidit en profondeur dans la chambre magmatique, le refroidissement est très lent et la différence de température entre le magma et la roche encaissante est faible ; les minéraux ont le temps de se développer et sont donc de grande taille ce qui est à l’origine de la structure grenue. 2. Origine des magmas mis en place en zone de subduction Dans l’andésite et la granodiorite, les minéraux ferromagnésiens comme l’amphibole hornblende et le micas biotite sont hydroxylés : cette hydroxylation est le témoin d’une hydratation. Au laboratoire, il est possible d’étudier les états des péridotites en faisant varier les conditions de pression et de température, P et T : il existe un champ P/T pour des températures faibles où les péridotites sont solides, séparé par une courbe appelée solidus d’un champ P/T pour des températures plus importantes où les péridotites sont à l’état solide et liquide. Si les conditions de pression et de température de la péridotite se modifient suffisamment pour passer au-delà du solidus, elle entre en fusion partielle, or l’ajout d’eau dans le modèle décale le solidus vers des températures plus faibles. (On parle de solidus hydraté) Au niveau des zones de subduction, les péridotites entrent donc en fusion du fait de l’eau apportée par la plaque lithosphérique en subduction. Cette lithosphère mise en place au niveau de la dorsale s’est hydratée en vieillissant et en refroidissant, de plus, les minéraux constituant les roches de la croûte (plagioclase, pyroxène) ont été métamorphisés et se sont transformés en minéraux hydratés (amphibole hornblende, actinote) or lorsque la plaque plonge en subduction, elle subit une forte augmentation de pression qui métamorphise les minéraux qui se transforment en minéraux moins hydratés (amphibole glaucophane) puis anhydres (grenat et jadéite). L’eau est alors libérée. Entre 100 et 150 km de profondeur, l’eau libérée par la plaque plongeante provoque la fusion partielle des péridotites du manteau de la plaque chevauchante Conséquences de l’activité magmatique Les magmas à l’origine de l’activité magmatique à l’aplomb des zones de subduction sont formés entre 100 et 150 km de profondeur : le magma, moins dense que la roche qui l’entoure, remonte vers la surface et s’accumule dans un complexe de cavités, la chambre magmatique qui se trouve à la limite manteau/croûte. A partir de cette chambre, le magma peut gagner la surface pour former des roches volcaniques ou cristalliser en profondeur en roches plutoniques : l’activité magmatique des zones de subduction permet donc l’ajout de matériaux à la croûte continentale en surface mais aussi en profondeur, ce mécanisme correspond à l’accrétion continentale. A la fin de ce chapitre, vous devez : Oui Connaître les caractéristiques du volcanisme des zones de subduction Expliquer l’origine de la viscosité des magmas des zones de subduction Connaitre les roches mises en place dans ces zones et les minéraux qui les caractérisent. Expliquer l’origine des différences entre les structures grenue et microlithique Expliquer la formation des magmas dans les zones de subduction Expliquer le rôle de l’eau dans la formation des magmas et son origine Savoir réaliser un schéma bilan des phénomènes géologiques qui ont lieu dans une zone de subduction. Non EXO1 : QUESTIONS A CHOIX MULTIPLE Q1 : Le volcanisme des zones de subduction se caractérise par : a. une lave fluide facilitant l’échappement des gaz ; b. une lave visqueuse facilitant l’échappement des gaz ; c. une lave fluide ne facilitant pas l’échappement des gaz ; d. une lave visqueuse ne facilitant pas l’échappement des gaz. Q2 : Les roches magmatiques des zones de subduction sont : a. des andésites, roches plutoniques à structure microlitique ; b. des granodiorites, roches volcaniques à structure grenue ; c. des andésites, roches volcaniques à structure microlitique ; d. des granodiorites, roches plutoniques à structure microlitique. Q3 : Les roches des zones de subduction d’origine magmatique sont caractérisées par : a. leur faible teneur en silice pour les roches plutoniques ; b. leur richesse en quartz pour les roches plutoniques ; c. leur richesse en quartz pour les roches volcaniques ; d. leur faible teneur en silice pour les roches volcaniques. Q4 : Le magmatisme des zones de subduction est dû à : a. une augmentation de la température des péridotites ; b. une diminution de la pression des péridotites ; c. une déshydratation des péridotites ; d. une hydratation des péridotites. Q5 : La fusion partielle des péridotites dans une zone de subduction : a. a pour origine la déshydratation des roches de la croûte de la lithosphère chevauchante ; b. a pour origine la déshydratation des roches du manteau de la lithosphère chevauchante ; c. a pour origine la déshydratation des roches de la croûte de la lithosphère plongeante ; d. a pour origine la déshydratation des roches du manteau de la lithosphère plongeante. EXO2 : RESTITUTION DE CONNAISSANCES La convergence lithosphérique dans une zone de subduction est caractérisée notamment par une importante activité magmatique. Q : Expliquez pourquoi le fonctionnement d’une zone de subduction au contact d’un continent a pour conséquence la formation d’un magma et comment celuici est à l’origine de différents types de roches volcaniques. Votre exposé sera structuré par une introduction, un développement et une conclusion et illustré de schémas. EXO3 : L’ACTIVITE MAGMATIQUE DE LA ZONE DU MARKAN La zone de Makran est une région localisée au nord du golfe Persique qui présente plusieurs volcans. Q : A partir de l’exploitation des documents et des connaissances, expliquez l’origine des volcans Bazman et Taftan de la zone de Makran EXO5 : LES ADAKITES Q : En exploitant l’ensemble des informations apportées par les documents mises en relation avec vos connaissances, précisez l’originalité des adakites par rapport aux produits habituels du magmatisme des zones de subduction puis vous validerez l’hypothèse évoquée pour expliquer l’origine de ces adakites au sud du Chili.
