Chapitre 5 : LA CONVERGENCE LITHOPSHERIQUE ET SES EFFETS
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Chapitre 5 : LA CONVERGENCE LITHOPSHERIQUE ET SES EFFETS Introduction Définition : LITHOSPHERE : enveloppe rigide constituée par la croûte (océanique (basalte et gabbros) et continentale (granite)) et le manteau (péridotite). Elle est découpée en plaques rigides peu déformables mais mobiles les unes par rapport aux autres. Problème : Quelles sont les conséquences de la convergence lithosphérique ? plaque Sud Américaine. L’inclinaison du plan de plongée appelé plan de Bénioff est faible : entre 15° et 30°. 3) Répartition particulière du flux de chaleur - Anomalie thermique négative au niveau de la fosse : la plaque océanique plongeante s’enfonce plus vite qu’elle ne se réchauffe. - Anomalie thermique positive en arrière de la fosse : la température forte dans la plaque chevauchante est compatible avec l’intense activité magmatique observée en surface (volcanisme andésitique) et en profondeur (granitoïdes). I Convergence et subduction A : Caractéristiques d’une zone de subduction BILAN : la subduction d’une plaque océanique sous une plaque continentale est caractérisée par une activité magmatique tectonique affectant la marge : on parle de marge active. Exemple : subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine 1) Présence de reliefs particuliers B : Les mécanismes à l’origine de la subduction OCEAN : - Fosse au niveau de la subduction : C’est une dépression parallèle à la cote et profonde ‘environ 6 à 8 milles mètres. Il s’agit d’un relief négatif - Prisme d’accrétion : C’est un relief positif formé par les sédiments océaniques plissés et faillés CONTINENT : - Chaîne de montagnes : C’est un relief positif en forme de cordillère longue de près de 6000 Km, haute d’environ 6000 m et parallèle à la cote. C’est le lieu de nombreux séismes et volcans. 2) Déformations lithosphériques importantes - Dans la plaque Sud Américaine : de nombreuses failles inverses et plissements indiquent un raccourcissement important des structures compatibles avec une poussée perpendiculaire à la fosse (convergence). Ce raccourcissement est compensé par une élévation des reliefs (6000 mètres). - Dans la plaque Nazca (figure 3) : la profondeur des épicentres des séismes augmentent au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la fosse (vers l’ouest) : ils matérialisent la plaque océanique pacifique (appelé Nazca dans cette partie) sous la 1) Inventaire des zones de subduction - Constat 1 : les plaques plongeante sont toujours océaniques (jamais continentale) - Constat 2 : le plan de Bénioff est peu incliné dans le cas Océan/contient et très incliné dans le cas océan/océan. 2) Bilan : la plaque plonge sous l’effet de son poids - On sait que la densité de la croûte océanique (2.9) est supérieure à celle de la croûte continentale (2.7). La croûte continentale ne peut donc plonger sous la croûte océanique. - On sait également que la croûte océanique se refroidit quand elle s’éloigne de la dorsale. Ce refroidissement augmente la densité de la croûte jusqu’à des valeurs supérieures à celles du manteau (3.25). Dès que cette valeur est atteinte, la croûte océanique plonge quel que soit l’endroit. C’est pourquoi le pendage des subductions océan/océan est si fort. 2) Deuxième étape : magmatisme dans la plaque chevauchante C : Les conséquences de la subduction : magmatisme et métamorphisme Les roches de la lithosphère océanique sont entraînées en profondeur. Elles subissent une augmentation de pression P et de température T (gradient géothermique). Elles se transforment selon 2 modalités : - Métamorphisme : transformation d’un roche à l’état solide avec cristallisation de nouveaux minéraux mais conservation de la chimie initiale. - Magmatisme : formation d’un magma (bain silicaté fondu) puis cristallisation rapide et incomplète (volcan) ou lente et complète (pluton). - Genèse du magma : le magma provient de la fusion partielle des péridotites du manteau au dessus de plan de Bénioff (de 60 à 80 Km de profondeur). Le problème c’est qu’à cette profondeur les roches sont normalement solides. - La fusion est due à l’hydratation du manteau par l’eau de la croûte océanique déshydratée. - Cristallisation du magma : si le magma arrive en surface, il cristallise rapidement en roches microlitiques c’est à dire volcaniques (andésite). Si le magma cristallise en profondeur il forme des plutons de roches grenues (granite ou granodiorite). SCHEMA *** 1) Première étape : métamorphisme (HP, BT) dans la plaque plongeante - Evolution métamorphique d’un gabbro Le gabbro provient de la solidification du magma au niveau de la dorsale. Au cours du refroidissement il se métamorphose en schiste vert dont la chimie est la même et les minéraux différents. De la dorsale à la fosse Plagioclase (fedspath) + pyroxène + EAU Amphibole Le gabbro au niveau de la fosse est donc fortement hydraté. II Convergence et collision Définition : COLLISION : Affrontement de deux masses continentales résultant de la fermeture d’un domaine océanique. Comme les deux croûtes ont la même densité, elles résistent à l’enfoncement, ce qui génère d’importants reliefs : Orogenèse. A : Caractéristiques d’une zone de collision De la fosse au manteau Au cours de son enfoncement, le schiste vert se transforme en schiste bleu puis en éclogite dont la chimie est la même et les minéraux différents. Exemple : les Alpes Franco-italiennes, chaîne de collision des plaques Europe/Afrique. Plagioclase + chlorite (SV) glaucophane + eau (SB) Glaucophane + plagioclase (SB) Grenat + eau (E) 1) La structure d’ensemble en carte Le schiste vert en se métamorphisant se déshydrate. BILAN : B.O. : « Au cours de la subduction, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de basse pression/température différentes de celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent » - La chaîne forme un arc Nord/Sud compatible avec une poussée Est/Ouest - Elle est découpée par de grands chevauchements ou failles inverses qui témoignent d’un fort raccourcissement des structures compatible avec la convergence. Contact anormal = faille inverse ou chevauchement Nappe de charriage -> ZONE DE FORTE DENSITE Au coeur de la chaîne se situe l’ancienne lithosphère océanique témoignant de la présence d’un ancien océan disparu. B : Les marqueurs de la disparition d’un ancien océan 1) Les marqueurs d’une ancienne expansion océanique Dans les Alpes affleurent des témoins de marges passives. - - On observe des blocs basculés du jurassique. Ils correspondent à l’ouverture de l’océan alpin et témoignent de l’existence de ces marges passives. Dans les Alpes affleurent des témoins de croûtes océaniques non subduites : les ophiolites Les roches observées au Chenaillet correspondent à une croûte océanique typique (sédiments, basalte, gabbros). Elles ont été charriées sur la croûte continentale lors de la collision. Trias (- 200 Ma) Eocène (- 50 Ma) 2) Les marqueurs d’une ancienne subduction On retiendra au premier ordre : A l’ouest du chevauchement pennique frontal (CPF) : plaque européenne correspondant à l’ancienne marge passive à l’ouest de l’océan Alpin (sédiments et granite) A l’Est du CPF : plaque africaine comprenant une partie de l’ancien océan alpin et de l’ancienne marge passive Est. Toutes ces roches sont métamorphiques (schiste vert, schiste bleu, éclogite...) - - Certaines ophiolites présentent des associations minéralogiques (Grenat, jadéite, glaucophane) témoignant d’un métamorphisme haute pressions / basses températures compatible avec la subduction. On peut dans certains cas retrouver la chronologie des réactions minéralogiques C : Les Bilan : model simplifié d’une chaîne de montagnes SCHEMA *** 2) La structure en coupe - Interprétation -> EPAISSEUR DE LA CROUTE ≈ 60 Km L’existence d’un Moho dédoublé montre que les deux croûtes continentales convergentes se chevauchent et forment des reliefs élevés associés à une racine crustale profonde.
