II - Le magmatisme des zones de subduction
Les zones de subduction sont des lieux d'une importance activité magmatique qui se matérialise par un volcanisme explosif dû à une lave très visqueuse : La mise sous pression des gaz qui
s’accumulent à cause de la viscosité du magma peut provoquer des éruptions cataclysmiques. Ce sont des volcans très dangereux, donc très surveillés
1. Le devenir de la lithosphère océanique au cours de la subduction
• Nous avons vu que lors de l’expansion océanique, lors de son éloignement de la dorsale, la lithosphère océanique s’épaissit, s’hydrate et se refroidit (àì densité).
La modification de l’environnement physique de la croûte entraîne une transformation minéralogique à l’état solide = METAMORPHISME.
* roche métamorphiques = roche issue d'une transformation d'une roche initiale, sous l'effet de l'augmentation de la pression et/ou de la température. Cette transformation a lieu à l'état solide. Les minéraux métamorphiques apparaissent à partir de minéraux initiaux, sous l'effet de l'augmentation de la pression et/ou de la température et/ou de l’hydratation
Des minéraux hydratés apparaissent, ils correspondent à la réorganisation des minéraux présents sous l’effet de l’hydrothermalisme dans des conditions de î T°, P= :
Actinotes et Chlorite se forment dans des conditions de Basse P (faible profondeur) et basse T° (vieille croûte), ils témoignent de leurs conditions de formation, c’est le faciès des schistes verts.
C’est une croûte froide et hydratée qui plonge en subduction au niveau de la fosse.
Gabbros de dorsale (G1) Métagabbros (G2) Métagabbros (G3) (Schistes verts) Pyroxène + Plagioclase +H2O î T°, P= Amphibole (hornblende)
(Hydratée)
î T°, P= Chlorites, actinotes (=
amphibole verte hydratée)
• Les modifications liées à a subduction. (Augmentation de la pression > augmentation de la température, déshydratation)
Les gabbros (et les basaltes) hydratés sont entraînés lors de la subduction dans des conditions où la pression augmente, mais pas la T° (la croûte reste froide). Dans ces conditions de nouveaux minéraux se forment, avec déshydratation :
Chlorite + Actinote + Plagioclase ó GLAUCOPHANE + Eau (déshydratation) Glaucophane + Plagioclase ó GRENAT (+ Jadéite) + Eau (déshydratation)
L’apparition de chacun de ces minéraux signe donc les variations de conditions qui ne peuvent exister que dans des zones de subduction. Ces minéraux sont stables dans des domaines P/T°
(domaines de stabilité) spécifiques et déterminent des « faciès » métamorphiques caractéristiques.
Leur découverte sur un terrain (mis à jour par l’érosion) prouve la présence d’une ancienne zone de subduction.
Lorsque la croûte océanique âgée, froide, dense et hydratée (schistes verts) plonge au niveau d’une zone de subduction elle est soumise à une augmentation de pression mais sa température augmente lentement : elle plonge plus vite qu’elle ne se réchauffe.
Ces conditions font apparaître de nouveaux minéraux qui signent des faciès de subduction
Glaucophane àSchistes bleus Grenat àÉclogites
Ce métamorphisme s’accompagne d’une déshydratation
L’échantillon a une coloration bleue ardoise, au microscope, autour du pyroxène, on observe des auréoles d’un minéral bleu en
« fibres », le glaucophane
• ± 10 à 30 Km de profondeur (« jeune subduction »)
L’échantillon présente de gros minéraux globulaires rouges qui s’éteignent totalement au microscope (à noirs), le grenat associé à un beau minéral vert : la jadéite
• ± 30 à 40 Km de profondeur (« vieille subduction »)
Au fur et à mesure de leur évolution les roches de la croûte océanique gagne en densité :
- La subduction est amorcée, à la faveur de mouvements tectoniques, dès que la densité de la lithosphère océanique devient supérieure à celle de l’asthénosphère. Lors de l’expansion océanique la lithosphère océanique devient plus dense :
• Épaississement du manteau lithosphérique dû au refroidissement de la lithosphère (abaissement de l’isotherme 1300°C)
• Son hydratation entraîne un métamorphisme qui se caractérise par la mise en place de roches métamorphiques plus denses (schistes verts)
Cette densité est atteinte pour une lithosphère âgée (± 180 MA)
- La subduction est entretenue par une traction de la plaque plongeante dont la densité augmente au fur et à mesure de son enfoncement
• Sous l’effet de l’augmentation de pression à T° ± constante, les roches de la croûte océanique se déshydratent, gagnant en densité.
Ainsi la traction exercée par les plaques qui s’enfoncent joue un rôle fondamental dans le déplacement des plaques lithosphériques en parallèle avec la poussée magmatique au niveau des dorsales et les mouvements de convection du manteau
La subduction est l'une des manifestations de la convection dans le manteau. L'expansion océanique en est une autre.
Il n'y a pas un "moteur" qui serait localisé dans les zones de subduction ou sur les dorsales.
C'est toute la Terre qui est impliquée, en évacuant sa chaleur interne. Le mouvement des plaques est lié à l'existence de forces gravitationnelles qui les entraînent. Elles sont "tirées"
par un morceau en subduction (et ont alors les vitesses les plus grandes). L'expansion océanique est également associée à une force qui fait s'écarter les plaques, beaucoup plus lentement.
L’eau libérée par la déshydratation des roches de la croûte océanique va percoler dans le manteau supérieur de la plaque chevauchante
2. Les conditions de formation du magma au niveau des zones de subduction (& pages 232/233)
L'observation du volcanisme et du plan de subduction permet de proposer une origine du magma située vers 100 à 150 km de profondeur. A cette profondeur se situe la péridotite du manteau (lithosphérique ou asthénosphérique).
Nous avons déjà vu que les volcans se trouvent toujours à la verticale de la zone où la plaque plongeante atteint ± 100 Km de profondeur : c’est là que nous allons chercher l’origine de la production d’un magma :
Fusion de la plaque plongeante, du manteau ?
On cherche expérimentalement les conditions (P/T°) de fusion des péridotites du manteau et on compare aux conditions observées dans la nature (géothermes)
Rappels :
Solidus (S) : limite du domaine P/T° au-delà duquel la péridotite commence à fondre (les minéraux qui fusionnent en premier)
Liquidus (L) : limite du domaine P/T° au-delà duquel la péridotite est totalement fondue (TOUS les minéraux) Géotherme de dorsale : variation de la T° en fonction de la
profondeur au niveau des dorsales.
Géotherme des plaines abyssales : idem au niveau des plaines abyssales (fonds océaniques) Géotherme des zones de subduction : idem au niveau d’une subduction
On observe qu’au niveau des dorsales le géotherme recoupe le solidus entre 20 et 100 Kms de profondeur, c’est-à-dire que les conditions de T° ET de pression sont réunies pour observer la fusion de la péridotite, c’est là l’origine du magmatisme des dorsales. La remontée du magma (sous l’effet de mouvements ascendants dans le manteau) à à de la pression qui à une fusion partielle (fusion adiabatique)
Mais au niveau des zones de subduction, la T° ä beaucoup moins vite avec la profondeur et les conditions ne sont jamais réunies pour observer une fusion et notamment pas à 100 Kms de profondeur (où nous avions localisé la formation du magma à l’aplomb de l’arc volcanique), où la T° est de 1000°C et est insuffisante pour permettre la fusion des péridotites.
Donc comment expliquer la production du magma des zones de subduction ?
Nous savons que les roches de la croûte océanique subissent une forte déshydratation au cours de leur subduction. L’eau libérée remonte et percole dans les péridotites du manteau de la plaque chevauchante. Ces observations nous conduisent à étudier expérimentalement le comportement des péridotites du manteau lorsqu’elles sont hydratées
Lorsque la péridotite est hydratée, on note que le solidus recoupe le géotherme.
La présence d’eau dans la péridotite a abaissé la T° de fusion (ß) à profondeur égale.
Désormais à 100Kms de profondeur, on obtient une fusion partielle de la péridotite et la formation d’un magma, qui moins dense va remonter et engendrer les
phénomènes éruptifs Le magma chaud, liquide et moins dense s'élève donnant naissance à des roches magmatiques
BILAN : un couplage métamorphisme/magmatisme
C’est la déshydratation progressive mise en évidence, parallèlement à l’augmentation de
pression qui est à l’origine de l’hydratation des péridotites du manteau situées juste au-dessus de la plaque plongeante.
Il y a un couplage entre le métamorphisme de la plaque plongeante et le magmatisme de la plaque chevauchante
- La lithosphère océanique s’hydrate au cours de l’expansion (à minéraux de + en + hydratés) - Elle se déshydrate au cours de la subduction (minéraux de + en + déshydratés) et
- l’eau libérée hydrate les péridotites du manteau de la plaque chevauchante qui entrent alors en fusion partielle, alimentant le magmatisme des zones de subduction
Expansion Subduction
