IV/ Vieillissement et évolution de la lithosphère océanique 1. Le vieillissement de la lithosphère océanique. (& pages 216/217)
Ø Tomographie sismique océanique Observation : plus on s’éloigne de la dorsale plus la température de la croûte océanique diminue, le flux de chaleur décroît
Parallèlement, on observe que la profondeur de la croûte augmente : la lithosphère
s’enfonce. (& page 216)
L’isotherme 1200° marque la limite entre manteau supérieur et asthénosphère
Donc plus on s’éloigne de la dorsale plus le manteau lithosphérique s’épaissit (Les péridotites deviennent solides et s’intègrent au manteau lithosphérique)
La croûte reste d’épaisseur constante, c’est la lithosphère qui s’épaissit
La lithosphère océanique est en équilibre sur l’asthénosphère, résultat de l’équilibre des 2 forces : poids (Ft) et poussée d’archimède ( R)
Plus on s’éloigne de la dorsale plus l’épaississement de la lithosphère entraîne une augmentation du poids, la lithosphère s’enfonce augmentant la profondeur moyenne du plancher océanique au niveau des plaines abyssales.
(& page 217)
Densité croûte océanique : 2,9
Densité manteau lithosphérique : 3,3 Densité lithosphère :
- 10 Ma : 3,2 - 30 Ma : 3,25 - 50 Ma : 3,27
donc la densité globale de la lithosphère augmente du fait de l’augmentation de l’épaisseur du manteau qui fait augmenter la densité globale.
Quelle sera la conséquence ? à partir d’une certaine distance la densité de la lithosphère devient supérieure à la densité de l’asthénosphère, l’équilibre est rompu. Mais les lithosphères ne sont pas indépendantes.
1200°
C Croûte
Manteau lithosphérique
Asthénosphère
La lithosphère océanique est reliée à une lithosphère continentale via une marge passive. La densité de la lithosphère continentale étant plus faible (2,6), elle se comporte comme un
« flotteur » et permet de maintenir la lithosphère océanique en surface.
Bilan
En vieillissant, la lithosphère océanique se refroidit, s’épaissit et gagne en densité. Au-delà d’un certain âge elle est maintenu en surface grâce au flotteur que représente sa marge passive avec une lithosphère continentale
2. Une hydratation au cours de l’éloignement de la dorsale (& pages 214/215)
Nous avons déjà dit qu’au niveau des failles fracturant la dorsale, on observe une circulation importante d’eau de mer (& page 215)
En s’infiltrant dans les fractures l’eau de mer refroidit la croûte et modifie les roches qu’elle traverse : elle hydrate les roches, dissout certains éléments. Elle provoque donc une modification physique et chimique des roches, à l’état solide (à métamorphisme)
Des éléments sont retenus, d’autres dissous
3. Transformation minéralogique des roches de la lithosphère océanique
Métamorphisme : modification des roches à l’état solide sous l’effet de modifications de conditions de pression -température-hydratation.
Le changement de ces conditions entraîne une réorganisation physique et ou chimique des minéraux
Au cours de son éloignement de la dorsale la lithosphère se refroidit (î T°), s’hydrate (ì H2O) et s’enfonce mais pas suffisamment pour modifier la pression de façon significative (P=)
• Les gabbros :
Les lignes bleues sont les lignes de modifications physiques et chimiques du gabbro :
• Solidus : magma (ßfusion partielle) /solide
• 12 : lignes de transformation minéralogique Les gabbros issus du
refroidissement du magma au niveau de la dorsale s’éloignent de celle-ci :
Leur T° m, à pression constante, avec hydratation.
Dans les conditions correspondant
à 1 : des réactions chimiques entre
les pyroxènes et l’eau font
apparaître un nouveau minéral, une amphibole brune, la hornblende, en auréole autour des pyroxènes
Distance à la dorsale
Dans les conditions correspondant à 2: des réactions chimiques entre les pyroxènes, la hornblende et l’eau font apparaître un nouveau minéral, une amphibole verte, la chlorite (et actinote), en auréole autour de la hornblende qui entoure les pyroxènes
Les amphiboles sont des minéraux hydratés, contrairement aux plagioclases et aux pyroxènes.
Ainsi au cours de leur éloignement de la dorsale les gabbros subissent un métamorphisme dit « hydrothermale » dû à la diminution de T° à pression constante avec circulation d’eau qui hydrate les minéraux.
En deçà de 400°C la mise en place de la chlorite et de l’actinote signe les conditions d’une
« vieille croûte » océanique, la présence de ces minéraux témoigne des conditions dans lesquelles ils se sont formés, on parle de « faciès », ici celui dit des « schistes verts »
Lorsqu’on retrouve sur terre des roches contenant cette association minérale, on sait qu’elles se sont formées dans ces conditions !
• Les péridotites : les péridotites du manteau peuvent aussi se retrouver au contact de l’eau de mer, mises à nu au niveau de failles transformantes ou être ramenées en surface au niveau des dorsales lentes
Dans certaines régions de l’Atlantique, par exemple, ces failles ont un décalage tel, qu’elles amènent des péridotites jusqu’au
plancher océanique. Ces déchirures de la croûte océanique sont parmi les rares zones du monde où l’on peut observer
directement le manteau terrestre.
Lorsque l’eau de mer qui pénètre dans la croûte (circulation hydrothermale) atteint des péridotites, elle réagit avec l’olivine (Ol) et avec les pyroxènes pour former de la serpentine (Se). C’est le processus de serpentinisation.
La serpentine est un silicate magnésien riche en eau, dont la formule est : Mg3Si2O5(OH)4.
Péridotite serpentinisée en LPA
Donc la totalité de la lithosphère océanique se trouve de plus en plus hydratée au fur et à mesure qu’elle s’éloigne de la dorsale
Cette hydratation va jouer un rôle très important dans le magmatisme des zones de subduction
Péridotite Olivine Pyroxène
Péridotite serpentinisée Olivine
Pyroxène Serpentinite æ Le métamorphisme participe à l’augmentation de la densité de la croûte, et du manteau
Dorsale EXPANSION Lithosphère océanique âgée
Roche Gabbro Péridotite Schistes verts Péridotite serpentinisée
Densité 2,9 3,3 3,17 3,7
Globalement c’est donc surtout l’épaississement du manteau lithosphérique qui entraîne l’augmentation de la densité de la lithosphère océanique qui devient plus dense que
l’asthénosphère sur laquelle est repose. Mais nous l’avons vu sa flottaison peut être encore assurée par la lithosphère continentale à laquelle elle reste accrochée au niveau d’une marge passive A la faveur de mouvements tectoniques globaux cet équilibre peut être rompu et la lithosphère océanique va couler la lithosphère la moins dense elle entre en subduction (« conduire dessous »).
Ainsi la lithosphère océanique semble plus « tractée », tirée vers les profondeurs du manteau au niveau des zones de subduction qu’elle ne semble poussée par le magmatisme au niveau des dorsales. Pour comprendre ce mécanisme, nous devons étudier les zones de subduction.
