Pour débuter
2. Un magmatisme lié au métamorphisme de la croûte océanique (lithosphère
océanique) de la plaque subduite
a) Origine des magmas des zones de subduction L’important magmatisme des zones de subduction indique l’existence, en profondeur, d’une zone de formation de magma, donc d’une fusion partielle des matériaux.
Il s’agit de localiser les roches qui, dans une zone de subduction, sont à l’origine des magmas et de préciser quels sont les lieux et les conditions de genèse de ces magmas.
Établir un lien entre profondeur de la plaque plongeante et répartition des édifices volcaniques actifs
Profondeur de la plaque plongeante au niveau des édifices volcaniques
0 100 200 300
0 100 200 300 400 500 600
Distance à la fosse (km)
Profondeur (km) Verticale au volcan
1 (Japon) 2 (Pérou) 3 (Tonga) 4 (Chili) 5 (Bonin)
6 (Nouvelles hébrides) 7 (Indonésie)
1
6 7 5 3 2 et 4
L’étude des documents 9, 10, 11 et 12 permet de préciser ces par-ticularités.
Aide
Activité 3
Document 13
Délimiter approximativement l’intervalle de profondeur à laquelle pourrait se déclencher la fusion partielle à l’origine des magmas, en comparant plusieurs zones de subduction.
Justifier l’intérêt de travailler sur plusieurs zones de subduction pour répondre au problème posé.
Exploiter les documents 2, 3, 4, 5 et 13 afin de rechercher l’intervalle de profondeur d’origine possible des magmas dans les zones de subduction.
Annoter les coupes des documents 2 et 3 en délimitant le secteur pro-bable de formation du magma.
Aide
Formuler une (des) hypothèse(s) sur le type de roche(s) susceptible(s) de présenter une fusion partielle à ces profon-deurs.
Lorsque la plaque plongeante atteint 100 à 150 km de profondeur, on observe des édifices volcaniques à son aplomb. Ce sont les péridotites du manteau si-tuées au-dessus de la lithosphère océanique en subduction qui présentent une fusion partielle à l’origine du magmatisme.
À retenir
➥ Dans quelles conditions se déroule la fusion partielle des péridotites du manteau de la plaque chevauchante ?
Préciser les conditions de genèse des magmas dans les zones de subduction
Conditions de fusion partielle des péridotites du manteau déterminées de façon expérimentale
Fusion expérimentale de la péridotite sèche
On a déterminé expérimentalement, en laboratoire, l’état de la péridotite en fonction des conditions de pression, de température et de teneur en eau.
500
0 1000 1500 2000 2500 3000
240 160 80 0
7.5 5 2.5 0 Température (°C)
Profondeur (km) Pression (Gpa)
Solidus des péridotites sèches
Liquidus Solide
Questions
Partir des constats effectués lors de l’activité 3 pour émettre un certain nombre d’hypothèses et les confron-ter ensuite avec des informations relevées dans l’activité 2 pour en éliminer certaines.
Aide
Activité 4
Document 14
Document 14a
Fusion expérimentale de la péridotite hydratée
500
0 1000 1500 2000 2500 3000
240 160 80 0
7.5 5 2.5 0 Température (°C)
Profondeur (km) Pression (Gpa)
Géotherme de zone de subduction Solidus des
péridotites hydratées
Liquidus
Liquide Liquide + solide
Solide
Les géothermes (évolution de la température en fonction de la profon-deur) de dorsale (document 14a) et de subduction (documents 14 a et 14b) ont été figurés : le géotherme de zone de subduction corres-pond aux variations de température en fonction de la profondeur dans la plaque chevauchante.
Exploiter le document afin de montrer que, dans une zone de sub-duction, la présence d’eau est nécessaire pour qu’il y ait fusion par-tielle des péridotites.
En tenant compte des connaissances acquises lors de l’étude du métamorphisme qui affecte la croûte océanique lors de la subduc-tion (chapitre 2), proposer au moins une hypothèse sur l’origine de l’eau.
Proposer une explication au fait que la fusion partielle des pérido-tites mantelliques conduit, suivant les contextes géodynamiques (dorsales, subductions), à la formation de magmas de composition différentes.
Cette explication peut présenter une partie sous la forme d’une hypothèse et une autre partie qui s’appuie sur des données présentées dans les acti-vités 2 et 4.
Aide Document 14b
Questions
Annoter le schéma suivant visualisant l’activité magmatique associée à la subduction sous une marge continentale active.
1300°C croûte
océanique manteau lithosphérique
fusion partielle des péridotites non hydratées
Zone de divergence
croûtecontinentale manteau _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Répartition des foyers sismiques suivant le plan
de Benioff-Wadati Dorsale
mouvements de plaques foyers sismiques (faciès schiste vert)
métagabbro (faciès schiste bleu) métagabbro
Le magma provient de péridotites hydratées qui subissent une fusion par-tielle à des conditions de pression et de température inférieures à celles de péridotites anhydres.
À retenir
Les magmas chauds, produits par fusion partielle des péridotites hydra-tées du manteau situées au-dessus du plan de Wadati-Benioff, moins denses, montent :
s’ils cristallisent en profondeur, ils sont à l’origine de roches grenues de type « granitoïdes » ;
s’ils atteignent la surface, ils sont à l’origine de roches volcaniques microlitiques de type « andésites » (volcanisme explosif).
➥ D’où vient l’eau à l’origine de l’hydratation des péridotites du manteau?
b) Origine de l’eau, agent de fusion partielle des péridotites
Afin d’établir l’origine de l’eau nécessaire à la fusion partielle des péri-dotites du manteau chevauchant, il faut prendre en compte non seule-ment les transformations de la lithosphère océanique depuis sa création au niveau de la dorsale jusqu’à sa subduction, mais aussi celles qu’elle subit au cours de la subduction.
Relier le métamorphisme de la plaque plongeante au magmatisme observé au niveau de la plaque chevauchante
Le métamorphisme de la lithosphère océanique
croûte Zone de convergence Zone de divergence
croûte continentale
manteau Zone de subduction
Dorsale
Métamorphisme de la dorsale à la zone de subduction
----*
----*
Métamorphisme HP-BT dans une zone de subduction
Utiliser les données du chapitre 2 pour compléter le schéma du docu-ment 15, afin de montrer que le métamorphisme de la lithosphère océa-nique est à l’origine de l’eau qui permet la fusion partielle des pérido-tites du manteau de la plaque chevauchante :
Les zones à compléter sont indiquées par un chiffre 1, 2, 3, 4 et 5 et par un *.
Considérer le métamorphisme se déroulant :
de la dorsale à la zone de subduction (voir chapitre 2, activité 1) ;
lors de la subduction (voir chapitre 2, activité 3).
Aide
Indiquer dans chaque cartouche correspondant à un type de roche :
dans l’espace repéré par un chiffre, la roche (Méta…), le faciès méta-morphique (quand cela est possible : voir chapitre 2, document 16c) ;
dans l’espace repéré par un *, les principaux minéraux en écrivant en vert ceux qui sont hydratés (la composition chimique des minéraux étaient fournie dans le chapitre 2 au niveau des documents 7, 14, 15b).
Préciser sous les deux situations de métamorphisme envisagées sur le schéma les conditions de pression, température, entrée d’eau (hydrata-tion), perte d’eau (déshydratation).
Représenter l’eau issue de la plaque plongeante à l’origine de l’hydrata-tion des péridotites mantelliques.
Activité 5
Document 15
Question
L’eau provient de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Le long du plan de Wadati-Benioff, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de pression (hautes pressions) et de tempéra-ture (basses températempéra-tures) différentes de celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent.
À retenir
c) Bilan : un magmatisme créateur de nouveau matériau continental couplé au métamorphisme de la lithosphère océanique
Le magmatisme des zones de subduction est couplé au métamorphisme que subit la lithosphère hydratée plongeante. Les réactions liées au méta-morphisme Haute pression-Basse température produisent de l’eau qui hydrate les péridotites du manteau de la plaque chevauchante, provoquant sa fusion partielle à l’origine d’un magma.
À retenir
Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d’origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.
Représenter, sur un schéma bilan, la notion de couplage entre le méta-morphisme de la lithosphère océanique et le magmatisme créateur de croûte continentale dans une zone de subduction. Ce schéma sera à retenir.
Il est possible d’associer les précédents schémas et/ou de simplifier la situation.
Aide Question