chap 3
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Chapitre 3 Le magmatisme en zone de subduction Introduction : - Subduction hauts reliefs + forte activité sismique + volcanisme Problème : Comment expliquer le volcanisme explosif des zones de subduction et quel est le devenir des matériaux produits ? I. Volcanisme de subduction et roches volcaniques associées 1. Un volcanisme de type explosif Vidéo Mont Unzen nuées ardentes + colonne éruptives => dynamisme explosif Montagne Pelée (Martinique) éruption du 8 mai 1902 aiguille => lave visqueuse (ne s’écoule pas ) Aiguille de lave (hauteur 350 m) Éruption explosive => lave visqueuse car forte [SiO2] + gaz (H2O, CO2, SO2, …) + Température « peu élevée » La Montagne Pelée (Coline ROBIN janvier 2017) Mont St Helens mai 1980 Alignements de volcans explosifs Zones de subduction Volcans explosifs localisés sur la plaque chevauchante 2. Les roches volcaniques émises Andésite : roche grise, texture microlithique, phénocristaux de feldspath plagioclase, amphibole hornblende et pyroxène dans un verre à microlithes (biotite et amphibole : hornblende) Lame mince d’andésite Pl : plagioclases Py : pyroxène M : mica biotite Rhyolite : texture microlithique, phénocristaux de quartz, d’amphibole hornblende et de feldspath potassique et plagioclase dans un verre à microlithes (biotite et amphibole : hornblende) Lame mince de rhyolite Pl : plagioclases Q : quartz Bi : biotite (mica) V : verre Diverses sortes de roches volcaniques car [Si] et [Fe-Mg] des laves varient. II. Subduction et genèse de magma 1. Fusion partielle de lithosphère Naissance des magmas à environ 100 km de profondeur - - - : profondeurs de la lithosphère subduite obtenues par des données sismiques Volcanisme => magma => fusion de lithosphère - continentale (plaque chevauchante) ? OU - océanique (plaque subduite) ? Il faut une température minimum de 1 500 °C pour faire fondre la péridotite Formation de magma à une profondeur de 100 à 150 km. Il faut une température minimum de 1 300 °C pour faire fondre le basalte Modèle des isothermes dans une zone de subduction A 100 km de profondeur sous la zone volcanique : T = 900°C dans plaque plongeante T = 1 000 °C dans plaque chevauchante Température requise pour la fusion, obtenue à 400 km de profondeur ?????? Idem pour le basalte Présence d’Amphiboles dans les roches = minéraux hydroxylés ( OH) => formés en présence d’eau => présence d’eau dans le magma à l’origine de la lave Si les roches sont hydratées, le solidus est abaissé => fusion partielle possible Péridotite commence à fondre à 800 °C Géotherme croise le solidus dès 80 km de profondeur 800°C pas atteints à 100 km de profondeur dans la lithosphère subduite T° de fusion de la péridotite hydratée atteinte dans la lithosphère chevauchante Pour une péridotite : - K passe dans le liquide - Mg reste dans le solide - « Si » passe dans le liquide Fortes différences de composition chimique => Comment une péridotite peut-elle donner un magma andésitique? Péridotite : Olivine Pyroxène (Mg,Fe)2[SiO4] (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)O3]2 Pour une péridotite : - K,Si passent dans le liquide - Mg reste dans le solide Péridotite : Olivine (Mg,Fe)2[SiO4] Pyroxène (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)O3]2 Magma de composition chimique Magma basaltique ≠ Péridotite résiduelle Composition chimique de la péridotite-mère Liquide Solide 1ère cristallisation minéraux pauvres en SiO2 => Enrichissement progressif du magma en SiO2 2. Hydratation de la lithosphère chevauchante a. Des roches transformées avant la subduction : Roches du plancher océanique + refroidissement + hydratation => apparition de nouveaux minéraux hydroxylés à l’état solide Equation des transformations minéralogiques : plagioclase + pyroxène + eau Amphibole hornblende Métagabbro d’une lithosphère non subduite loin de la dorsale : faciès amphibolite Gabbro prélevé au niveau d’une dorsale Liste des minéraux : 1 : Plagioclase 2 : Augite (Pyroxène) 3 : Hornblende (Amphibole) roches de la croûte océanique sont donc transformées -> roches métamorphiques les basaltes métabasaltes = issus de la transformation d’un basalte les gabbros métagabbros = issus de la transformation d’un gabbro Exemples : gabbro + BP + MT + eau métagabbro à faciès amphibolite (plagioclase + pyroxène + eau amphibole hornblende) métagabbro + BP + BT + eau métagabbro à faciès schistes verts (plagioclase + hornblende + eau chlorite (verte) + actinote) Métamorphisme de Basse Pression (roches restant en surface) et Basse Température (roches s’éloignant de la dorsale). b. Des roches transformées pendant la subduction lithosphère océanique hydratée + MP + BT nouveaux minéraux hydratés Equation des transformations minéralogiques : plagioclase + chlorite + actinote glaucophane Na2(Mg,Fe)3Al2Si8O22(OH)2 Liste des minéraux : 1 : Plagioclase 2 : Augite (Pyroxène) 4 : Glaucophane (Amphibole bleue) 5 : Actinote (Amphibole calcique) Métamorphisme de moyenne pression et basse température Métagabbro d’une lithosphère subduite à faciès schistes bleus lithosphère océanique hydratée + HP + BT nouveaux minéraux + H2O libérée Equation des transformations minéralogiques : plagioclase + glaucophane grenat + jadéite + eau Métamorphisme de haute pression et basse température Liste des minéraux : 4 : Glaucophane (Amphibole bleue) 6 : Grenat 7 : Jadéite (Pyroxène) (8 : Quartz) Métagabbro d’une lithosphère subduite à faciès éclogite métamorphisme HP et BT => eau libérée => hydratation des péridotites => fusion partielle des péridotites => magma visqueux et riches en gaz des zones de subduction III. Subduction et production de roches plutoniques 1. Les roches plutoniques associées aux zones de subduction 15 % des magmas mantelliques atteignent la surface roches volcaniques 85 % des magmas restent en profondeur roches plutoniques Roches plutoniques = granites + granodiorite = granitoïdes = roches de la croûte continentale Granodiorite Texture grenue : entièrement cristallisées car issues d’un magma refroidi très lentement en profondeur Lame mince de granodiorite Qz : quartz FK : feldspath K Pg : plagioclase (feldspath Ca-Na) Hb : hornblende Amphibole Bt : biotite (mica) Granite What is the difference between granite and granodiorite ? These rocks are both classified as granitic, because they both are rich in quartz. Granite contains mostly potassium feldspars and has a low percentage of dark iron and magnesium minerals. In contrast, granodiorite contains more plagioclase (calcium and sodium) feldspar than potassium feldspar and has more dark minerals. Andésite Rhyolite Roches volcaniques Roches plutoniques Magma Fusion partielle Péridotite + H2O Granite Granodiorite Bilan d2 métagabbro gabbros d1 d4 > d3 > d2 > d1 2. Mise en place des nouveaux matériaux de la croûte continentale Batholite de la Sierra Nevada : L = 640 km, l = 100 km et h = 35 km => V = 2,2 x106 km3 : énorme quantité de matière Âge du batholite : entre -120 et 80 Ma Chaîne de la Sierra Nevada = massif intrusif de roches plutoniques appelé batholite Batholite => mise en place de nouvelles roches = création de la croûte continentale = accrétion continentale Croissance centrifuge des continents Remarque : uniquement de la CO au début de l’histoire de la Terre donc pas de CC Conclusion : Subduction volcanisme explosif car : - Métamorphisme HT et MT/BP hydratation de CO avant la subduction - Métamorphisme BT et HP libération d’eau par roches de la lithosphère subduite - Fusion partielle des péridotites hydratées + cristallisation fractionnée magma riche en SiO2 + visqueux + riche en gaz Subduction fabrication de roches magmatiques : - volcaniques (andésite, rhyolite) refroidissement rapide en surface microlithique - plutoniques (granitoïdes) refroidissement lent en profondeur grenue Roches plutoniques = roches de la CC Accrétion continentale mise en place de CC DONC Subduction contribue à formation de CC
