Pour débuter
1. Les zones de subduction, siège d’une importante activité magmatique
Les zones de subduction caractérisées par des marqueurs morpholo-giques, sismiques, métamorphiques et magmatiques présentent égale-ment une répartition particulière du flux de chaleur.
a) Les caractères thermiques des zones de subduction
Montrer qu’il existe dans une zone de subduction une signature thermique du magmatisme
Profil tomographique à travers les Andes péruviennes selon la coupe AB du document 2
La tomographie ci-dessous indique les anomalies de vitesse de propaga-tion des ondes sismiques à une profondeur donnée (en pourcentage par rapport à la valeur normale).
B
Activité 1
Document 4
Quand les matériaux traversés sont froids et rigides, les anomalies sont positives. Quand les matériaux traversés sont chauds et ductiles, les anomalies sont négatives.
+ 4.5 % + 3 % + 1.5 % 0 % - 1.5 % - 3 %
100
200
300
Profondeur (km)
A B
Fosse du
Pérou Altiplano
Profil tomographique réalisé au niveau des îlesTonga et des îles Fidji
100 200 300 400 500 600 700 0
Profondeur (km)
- 6 % + 6 %
0
Iles Fidji Arc des Tonga
Séismes
Variation du flux thermique dans une zone de subduction
Le flux de chaleur moyen à la surface de la Terre est de 60 mW.m–2.
0 40 80 120 160
Est Ouest
Flux thermique (mW/m2)
Arc volcanique Fosse
Montrer que, dans une zone de subduction, il existe une double ano-malie thermique, signature de la subduction de la lithosphère océa-nique et du magmatisme.
Document 5
Document 6
Questions
Pour cela, exploiter les documents 4, 5 et 6 présentés dans l’activité 2 en prenant en compte :
les observations effectuées au niveau des documents 2 et 3 de l’activité 1 du chapitre 3 ;
les observations effectuées au niveau des documents 10 et 11 de l’exer-cice 7 du chapitre 1.
Aide
Compléter le schéma visualisant les marqueurs d’une zone de sub-duction en indiquant les marqueurs thermiques.
La présence d’un flux faible au niveau de la fosse s’interprète par la subduc-tion de la lithosphère froide. Le flux élevé reflète l’ascension et l’accumula-tion des magmas dans la croûte de la plaque chevauchante.
À retenir
➥ Quelles sont les caractéristiques des roches magmatiques des zones de subduction qui permettent de préciser les caractéristiques du magma dont elles sont issues ?
b) Les caractéristiques des magmas des zones de subduction
L’activité sismique importante des zones de subduction est associée à une activité magmatique avec un volcanisme explosif localisé sur la plaque chevauchante. L’étude des roches magmatiques permet de retrouver la composition des magmas dont elles sont issues.
Préciser les caractéristiques des magmas associés au zone de subduction à partir de l’étude des roches magmatiques Le magmatisme dans la cordillère des Andes
Carte géologique simplifiée d’une partie de la cordillère des Andes
Volcanisme plio-quaternaire Terrains secondaires Massifs de granitoïdes Socle ancien Océan, Lac Titicaca
Chevauchements Faille inverse Faille transformante Plaque Nazca
Fosse du Pér ou
La Paz Cuzco
A
B
300 km Océan Pacifique
Activité 2
Document 7 Document 7a
Coupe géologique correspondant au tracé A-B
Terrains sédimentaires
Socle ancien Volcans (rhyolites, andésites) Plutons de granitoïdes (granites, granodiorites, diorites
Failles Chevauchement 100 km
A Zone côtière Cordillère B
occidentale 3300 m
Altiplano Lac Titicaca
Manteau lithosphérique
Croûte continentale
L’Altiplano andin est une « plaine d’altitude » dont l’altitude moyenne dépasse les 3 000 m.
Les volcans sont de type explosifs : les éruptions sont violentes car les laves sont visqueuses et très riches en gaz.
Les roches volcaniques ne sont cependant pas les seules roches magma-tiques résultant de la subduction : des massifs de roches plutoniques affleurent également.
Les granitoïdes sont des roches plutoniques, telles que le granite, la granodiorite, la diorite, qui résultent de la cristallisation en profondeur d’un magma. Ils constituent des plutons, qui peuvent être dégagés par l’érosion et affleurent en surface sous la forme de massifs qui recoupent les formations géologiques alentour.
Les roches magmatiques des zones de subduction
Dans le cas des subductions océan-continent, comme au Pérou, l’activité magmatique forme essentiellement des roches volcaniques de type andésite, mais, il est également possible d’observer d’autres roches magmatiques.
Schéma d’une lame mince d’un échantillon de roche A réalisé d’après une observation au microscope polarisant
Présence d’une pâte renfermant de nombreux microlites.
Schéma d’une lame mince d’un échantillon de roche B réalisé d’après une observation au microscope polarisant
Présence d’une pâte renfermant de nombreux microlites.
Document 7b
Schéma d’une lame mince d’un échantillon de roche C réalisé d’après une observation au microscope polarisant
Schéma d’une lame mince d’un échantillon de roche D réalisé d’après une observation au microscope polarisant
Schéma d’une lame mince d’un échantillon de roche D réalisé d’après une observation au microscope polarisant
A : amphibole (hornblende).
B : biotite (mica noir).
Amphibole et Biotite sont teintées naturellement et présentent de
plus des teintes de polarisation caractéristiques qui n’ont pas été repré-sentées ici.
F : feldspath potassique.
Les feldspaths plagioclases sont identifiables en lumière polarisée grâce à leur « code-barres ».
Q : quartz.
Document 8c
B
Q
A A
A
A B
B
Document 8d
4 4
4 4
4
4
% %
) ) % )
%
4
F B
Q Q Q
Q Q
B
F B
A F
Document 8e
Composition minéralogique (en % de masse) de roches magmatiques d’une zone de subduction
Roches
(biotite) AutresAutres
Andésite Diorite 3,4 2,4 59,5 21 12 1,7
Dacite
Grano-diorite 24,8 21,9 44,7 2,4 4,8 1,4
Rhyolite Granite 32,7 40,2 26,1 - 0,6 0,4
Formules chimiques des minéraux présents dans les roches magmatiques des zones de subduction
Un minéral alcalin est riche en potassium et en sodium, un minéral ferro-magnésien est riche en fer et en magnésium, un minéral est dit hydraté s’il contient des molécules d’H2O dans sa structure.
Minéraux
Minéraux Formule chimiqueFormule chimique
Quartz SiO2
Feldspaths alcalins (K,Na)Si3AlO8
Feldspaths plagioclases (Na, Ca)(Si,Al)3O8
Pyroxène (Ca,Fe,Mg)SiO3
Amphibole (hornblende) NaCa2(Mg,Fe)4Si6AL3O22(OH)2 Mica noir (biotite) K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 Composition chimique de roches magmatiques (% de masse)
% de la roche
% de la roche totale totale
Andésite
Andésite RhyoliteRhyolite Basalte de dorsaleBasalte de dorsale
SiO2 54,2 73,7 47
Le total ne correspond pas à 100 % car certains éléments chimiques entrant dans la composition de ces roches ne sont pas notés.
Document 9
Document 10
Document 11
Composition minéralogique des roches magmatiques des zones de subduction et chimie du magma
Silice (%) Composition minéralogique (% en volume)
50
rhyolite dacite andésite basalte granite granodiorite diorite gabbro Roches
volcaniques Roches plutoniques et mantelliques
TAILLE DES
MINERAUX PROFONDEUR DE CRISTALLISATION
Les magmas moins riches en silice sont moins visqueux que les mag-mas plus riches en silice. La présence dans une roche magmatique de minéraux hydroxylés (amphiboles, biotites) indique la richesse en eau d’un magma et l’abondance de minéraux ferromagnésiens (amphibole, biotite, pyroxène), son origine mantellique.
Indiquer les indices de convergence lithosphérique observables au niveau du document 7.
Dans les zones de subduction, on observe une importante activité magmatique produisant des roches variées.
Exploiter les documents 8, 9 et 12 afin :
d’identifier les 5 roches A, B, C, D et E ;
de déterminer l’origine des différences entre les 5 roches A, B,C, D et E issues d’une même zone de subduction.
Faire une fiche pour chaque roche. Elle doit comporter les rubriques sui-vantes : couleur générale de la roche, structure, roche magmatique volca-nique ou roche magmatique plutovolca-nique, lieu de mise en place (c’est-à-dire profondeur de cristallisation), vitesse de refroidissement, minéraux, chimie du magma.
Il faut prendre en compte le fait que la diversité observée peut être liée à la composition chimique du magma ou à la vitesse de refroidissement.
Aide Document 12
Questions
Comparer les compositions minéralogiques d’un basalte de dorsale et d’une andésite afin de pré-ciser les particularités minéralogiques des roches magmatiques d’une zone de subduction et celles du magma dont elles sont issues.
Les zones de subduction sont le siège d’une importante activité magma-tique caractérismagma-tique : les magmas visqueux et hydratés sont à l’origine d’un volcanisme (andésites, rhyolites à structure microlitique) en surface, et de la mise en place de plutons de granitoïdes (diorites, granodiorites, granites à structure grenue) en profondeur. Le magma des zones de subduction a une composition chimique différente de celui des dorsales océaniques.
À retenir
➥Comment se forment les magmas dans les zones de subduction ?