VOLCANISME
ET ROCHES MAGMATIQUES
A.Randrianasolo 2003-2004
A.Randrianasolo 2003-2004
AndesAndes
Volcanisme
Définition Définition
Manifestations volcaniques Manifestations volcaniques
Signes précurseursSignes précurseurs
Éruptions s.s.Éruptions s.s.
Phénomènes post volcaniquesPhénomènes post volcaniques
Apports du volcanisme sur la connaissance Apports du volcanisme sur la connaissance de la constitution interne du globe et de la de la constitution interne du globe et de la
Géodynamique interne
Géodynamique interne
Manifestations volcaniques
Signes précurseurs Signes précurseurs
Bruits souterrainsBruits souterrains
Tremblements de terre continus (trémors)Tremblements de terre continus (trémors)
Modification du régime des aquifèresModification du régime des aquifères
Gonflements (Clinomètres...)Gonflements (Clinomètres...)
FissuresFissures
Poussées de chaleurPoussées de chaleur
Dégagement de fumerollesDégagement de fumerolles
Éruption sensu stricto
Produits gazeux Produits gazeux
Fumerolles anhydres (t =500°C)Fumerolles anhydres (t =500°C)
Fumerolles acides (500°<t<100°C)Fumerolles acides (500°<t<100°C)
Fumerolles alcalines (100°<t<40°C)Fumerolles alcalines (100°<t<40°C)
NHNH33Cl, (NHCl, (NH44))22COCO33
COCO22, H, H22O, HO, H22S --> dépôts de soufreS --> dépôts de soufre
Rôle de HRôle de H22O : abaissement de la température de O : abaissement de la température de fusion
fusion
Éruption s.s. 2
Produits solides Produits solides
Exogènes Exogènes
(parois de cheminée)(parois de cheminée)
Culot de cheminéeCulot de cheminée
Laves solidifiées en cours de projectionLaves solidifiées en cours de projection
cendre cendre < 2mm < 2mm
lapilli - pouzzolanes 2mm< lapilli - pouzzolanes 2mm< <64mm <64mm
blocs (anguleux) : blocs (anguleux) : >64mm >64mm
bombes volcaniques (arrondies) : bombes volcaniques (arrondies) : >64mm >64mm
Bombe volcanique (Katia Kraft)
Bombe volcanique Bombe volcanique provenant du
provenant du
volcan ASAMA au volcan ASAMA au
Japon Japon
L’échelle est L’échelle est donnée par la donnée par la volcanologue volcanologue Katia KRAFT Katia KRAFT
Aérosols du Pinatubo 1991
En haut : En haut : 2semaines 2semaines
après après
l’éruption l’éruption
En bas : 2 En bas : 2
mois après
mois après
Éruption s.s. 3
Produits liquides Produits liquides
LavesLaves
acides (t = 800°C) : visqueuses, V = x.m/hacides (t = 800°C) : visqueuses, V = x.m/h
basiques (t=1100°C) : fluides , V=50km/hbasiques (t=1100°C) : fluides , V=50km/h
ultrabasique (t=1200°C) : très fluides, V= 75km/hultrabasique (t=1200°C) : très fluides, V= 75km/h
Émission sous-marines = pillow lavasÉmission sous-marines = pillow lavas
Refroidissement très rapide (1100° à 4°C) dans une Refroidissement très rapide (1100° à 4°C) dans une matrice liquide (eau de mer) d’où forme particulière matrice liquide (eau de mer) d’où forme particulière
en coussin (ou oreiller) en coussin (ou oreiller)
Types de laves (solidifiées)
Laves type Laves type
« aa » sur les
« aa » sur les bords
bords
laves type laves type
« pahoehoe »
« pahoehoe » au milieu
au milieu
Pillow lava
Pillow lava Pillow lava
caractéristique caractéristique
d’éruption d’éruption volcanique volcanique sous-marine sous-marine
Plancher Plancher
océanique près océanique près
des Galapagos des Galapagos
Pillow-Lava (La Désirade
971)
Éruption s.s.4
Nappes incandescentes Nappes incandescentes
Nuées ardentes : écoulements pyroclastiques Nuées ardentes : écoulements pyroclastiques constitués d’un mélange intime de solide,
constitués d’un mélange intime de solide, liquide et de gaz (matrice gazeuse)
liquide et de gaz (matrice gazeuse)
ex.: Montagne Pelée 1902 (V = 500km/h; t = 300°C)ex.: Montagne Pelée 1902 (V = 500km/h; t = 300°C)
Nuées d’ignimbrites : plus rares, mais plus Nuées d’ignimbrites : plus rares, mais plus chaudes donc soudures à chauds des éléments chaudes donc soudures à chauds des éléments
ex.: Vallée des mille fumées Alaska1912 (t=525°C) ex.: Vallée des mille fumées Alaska1912 (t=525°C)
Montagne Pelée
Nuée ardente Nuée ardente 19021902
Nuées ardentes
Eruption Eruption du Mont du Mont
UNZEN UNZEN
au Japon au Japon
(1991)
(1991)
Pinatubo
Eruption du Eruption du Pinatubo en Pinatubo en
juin 1991
juin 1991
Éruption s.s. 5
Lahars : coulées boueuses hétérométriques Lahars : coulées boueuses hétérométriques se déplaçant à grande vitesse
se déplaçant à grande vitesse
ex.: Nevado del Ruiz (Colombie : nov. 1985) ex.: Nevado del Ruiz (Colombie : nov. 1985) 20.000 victimes à Almero
20.000 victimes à Almero
ex.: Islande nov. 1996 (pas de victime)ex.: Islande nov. 1996 (pas de victime)
visibles également sur les pentes de la Soufrière visibles également sur les pentes de la Soufrière de la Guadeloupe
de la Guadeloupe
Le Mont St Helens avant et après
l ’éruption de 1991
Blast (souffle)
Forêt Forêt
« soufflée »
« soufflée » par par
l ’éruption du l ’éruption du
Mont St Mont St
Helens Helens
(1991)
(1991)
Phénomènes post-volcaniques
Émissions fumerolliennes Émissions fumerolliennes
Eaux thermales Eaux thermales
eaux minérales (sources thermales)eaux minérales (sources thermales)
ex.: Boiling Lake (Dominique)ex.: Boiling Lake (Dominique)
Source chaude (Bouillante)...Source chaude (Bouillante)...
geysersgeysers
Yellowstone (U.S.A.)Yellowstone (U.S.A.)
Wairakei (Nouvelle Zélande : t = 260°)Wairakei (Nouvelle Zélande : t = 260°)
Remarque : H Remarque : H
22O météorique recyclée dans O météorique recyclée dans volcanisme de subduction
volcanisme de subduction
Lac Youm (dégagement de CO
2)
Mort du Mort du bétail par bétail par
émanation émanation
de CO de CO2 2
ayant ayant
dévalé la dévalé la pente du pente du
volcan volcan
Yellowstone
Geyser Geyser
Éruption s.s. 6
Caldeira : Caldeira :
Effondrement de la partie centrale du volcan Effondrement de la partie centrale du volcan par suite du vide causé par l’émission de laves par suite du vide causé par l’émission de laves (du moins partiellement)
(du moins partiellement)
(effondrement pouvant être la cause d ’un (effondrement pouvant être la cause d ’un Tsunami)
Tsunami)
Caldeira
Remplissage Remplissage de la chambre de la chambre
magmatique magmatique
Eruption & Eruption &
vidange vidange partielle partielle
EffondreEffondrett du du sommet de la sommet de la mgnemgne
« Crater Lake » dans l ’Orégon (USA) : remplissage ultérieur d ’une caldera. Le diamètre du lac fait environ 8km
APPORTS DE L’ETUDE DU VOLCANISME
Sur la connaissance de la constitution Sur la connaissance de la constitution interne du globe
interne du globe
Sur la Géodynamique interne Sur la Géodynamique interne
Sur la constitution interne du Globe
Origine des produits magmatiques Origine des produits magmatiques
Profondeur habituellement <200km Profondeur habituellement <200km
Fusion partielle (Ringwood)Fusion partielle (Ringwood)
par augmentation de la Températurepar augmentation de la Température
par diminution de la Pression par diminution de la Pression
favorisée par la présence de Hfavorisée par la présence de H22O (augmentation de la O (augmentation de la Pression fluide)
Pression fluide)
Roche mère (manteau primitif)= PyroliteRoche mère (manteau primitif)= Pyrolite
Péridotite (P. à plagioclases et P. à spinellesPéridotite (P. à plagioclases et P. à spinelles
Fusion partielle
Corps purs = fusion franche à pression et Corps purs = fusion franche à pression et température données
température données
Corps composés : existence de phase Corps composés : existence de phase
transitoire entre état solide et liquide (ex.:
transitoire entre état solide et liquide (ex.:
état pâteux ou coexistence Liquide + solide état pâteux ou coexistence Liquide + solide
Courbes de Solidus - Liquidus Courbes de Solidus - Liquidus
Exemple des plagioclases (diagramme de phase : Exemple des plagioclases (diagramme de phase : cristaux, cristaux + liquide , liquide
cristaux, cristaux + liquide , liquide
Fusion partielle
Roches = corps composés Roches = corps composés
Ex.:Gabbro ou Granite ... Ex.:Gabbro ou Granite ...
Les alcalins (KLes alcalins (K22O, NaO, Na22O) = faible t° de fusionO) = faible t° de fusion
FeO, MgO = température de fusion + élevée FeO, MgO = température de fusion + élevée
Produits de première fusion de composition Produits de première fusion de composition différente de la roche mère (Pyrolite)
différente de la roche mère (Pyrolite)
Concentration élevée de Na, K, Si..dans magmaConcentration élevée de Na, K, Si..dans magma
Concentration élevée de Fe, Mg des pyrolitesConcentration élevée de Fe, Mg des pyrolites
Solidus , Géothermes et L.V.Z.
Géotherme océanique et solidus à sec Géotherme océanique et solidus à sec
Pas de fusion partiellePas de fusion partielle
Géotherme médio-océanique (dorsale) Géotherme médio-océanique (dorsale)
Fenêtre de fusion partielle à faible profondeurFenêtre de fusion partielle à faible profondeur
Géotherme de point chaud océanique Géotherme de point chaud océanique
Fenêtre plus profondeFenêtre plus profonde
Géotherme et solidus humide (subduction) Géotherme et solidus humide (subduction)
faible températurefaible température
Fenêtres de fusion partielle
Fusion partielle Fusion partielle entre solidus et entre solidus et
liquidus : liquidus :
A faible profondeur A faible profondeur avec ou sans H
avec ou sans H220 0 pour les dorsales pour les dorsales
possible avec apport possible avec apport de Hde H22O pour les O pour les
autres autres
Différents magmas
Magmas primaires Magmas primaires
issus de la fusion partielle du Manteau issus de la fusion partielle du Manteau (composition basaltique)
(composition basaltique)
Taux de fusion différents Taux de fusion différents
Basalte alcalin : fusion partielle = 5-10%Basalte alcalin : fusion partielle = 5-10%
Basalte tholéiitique : jusqu’à 30%Basalte tholéiitique : jusqu’à 30%
Basalte calco-alcalin (andésitique)Basalte calco-alcalin (andésitique)
Komatiites (40%) au PrécambrienKomatiites (40%) au Précambrien
Magmas secondaires Magmas secondaires
Chambres magmatiques
Chambres magmatiques primaires Chambres magmatiques primaires
Chambres magmatiques secondaires Chambres magmatiques secondaires
Évolution magmatiqueÉvolution magmatique
Chambres magmatiques I et II
aireÉvolution magmatique
Cristallisation fractionnée Cristallisation fractionnée
Les suites de BowenLes suites de Bowen
Les diagrammes de phases (notion élémentaire)Les diagrammes de phases (notion élémentaire)
Sédimentation magmatique Sédimentation magmatique
CumulatsCumulats
Stratifications magmatiquesStratifications magmatiques
Différenciation magmatique Différenciation magmatique
Assimilation Assimilation
Les séries réactionnelles de BOWEN (= suites de Bowen)
Série Série disconti disconti
nue à nue à droite droite (Fe-Mg) (Fe-Mg)
Série Série continue continue à à
gauche gauche (Plagio…) (Plagio…)
Les « Palisades » (Hudson river)
Magma Magma basaltique basaltique
intercalé dans intercalé dans
sédiments sédiments
triasiques et triasiques et
montrant une montrant une cristallisation cristallisation
fractionnée fractionnée
Coupe des « Palisades »
Cristallisation Cristallisation fractionnée
fractionnée
Mais l’histoire de Mais l’histoire de la formation est un la formation est un
peu plus peu plus
compliquée compliquée
(plusieurs (plusieurs injections injections
magmatiques) magmatiques)
CAUSES DE L’ERUPTION
Fluides sous-pression Fluides sous-pression
Abaissement de température de fusion en présence Abaissement de température de fusion en présence d’eau
d’eau
P=218 atm ; t =374°C : phases liquides et vapeurs P=218 atm ; t =374°C : phases liquides et vapeurs de Hde H22O sont mélangéesO sont mélangées
Vitesse de migration : Vitesse de migration :
1mm/an<v<10m/an pour porosité faible (0.1 à 10%)1mm/an<v<10m/an pour porosité faible (0.1 à 10%)
1km/j < v < 4km/j en zone fracturée1km/j < v < 4km/j en zone fracturée
fluides solubles dans magma à forte pressionfluides solubles dans magma à forte pression
Causes de l’éruption 2
Décompression lors de la montée Décompression lors de la montée
HH22O liquide transformée en gaz (à faible prof.)O liquide transformée en gaz (à faible prof.)
Transformation de Micas et Amphiboles en Transformation de Micas et Amphiboles en Pyroxènes anhydres si augmentation de
Pyroxènes anhydres si augmentation de
température (apport de magma nouveau dans la température (apport de magma nouveau dans la chambre secondaire)
chambre secondaire)
Augmentation de volume (x 1245)Augmentation de volume (x 1245)
1mole H1mole H22O liquide = 0,018LO liquide = 0,018L
1mole H1mole H22O gaz = 22,4LO gaz = 22,4L
Différentiation magmatique
Des magmas Des magmas dérivant de la dérivant de la
fusion fusion
partielle de partielle de
roches roches
différentes différentes
peuvent être peuvent être miscibles ou miscibles ou nonnon
Cause de l’éruption (3)
Élévation de la température Élévation de la température
Exemple : Saint Vincent 1979
Magma basaltique à 30km Magma basaltique à 30km
Cristallisation fractionnée = Andésite+...Cristallisation fractionnée = Andésite+...
Stratification magmatique (Dacite au sommet)Stratification magmatique (Dacite au sommet)
Réalimentation par magma basique inférieureRéalimentation par magma basique inférieure
Transformation des amphiboles en pyroxènes avec Transformation des amphiboles en pyroxènes avec libération de H
libération de H22OO
ConvectionConvection
ÉruptionÉruption
Magma acide épuisé = accalmieMagma acide épuisé = accalmie
Répartition des volcans
Dans l’espace (volcans actifs) Dans l’espace (volcans actifs)
Le long des zones de subductionLe long des zones de subduction
Le long des riftsLe long des rifts
Le long des zones de collisionLe long des zones de collision
Les points chaudsLes points chauds
Dans le temps Dans le temps
Volcanisme de dorsale
Répartition des volcans actifs dans le monde
Dorsale affleurant en Islande
Cônes volcaniques le Cônes volcaniques le long de la faille de long de la faille de
Laki ouverte en 1783.
Laki ouverte en 1783.
Là eut lieu, de Là eut lieu, de
mémoire d’homme, le mémoire d’homme, le
plus grand plus grand
épanchement de laves épanchement de laves
sur la Terre ferme.
sur la Terre ferme.
Répartition dans le temps
Depuis le Précambrien (Komatiites) Depuis le Précambrien (Komatiites)
40% de fusion partielle40% de fusion partielle
« Déplacement des centres d’émission » « Déplacement des centres d’émission »
Chaîne de l’Empereur -Hawaï (7200km)Chaîne de l’Empereur -Hawaï (7200km)
PitcairnPitcairn
Guyot McDonald ...Guyot McDonald ...
Autres ex.: dans O. AtlantiqueAutres ex.: dans O. Atlantique
Ophiolites dans chaînes de collision Ophiolites dans chaînes de collision
Couche D » et Hot spot
Le courant convectif issu de D ’ ’ est soupçonné Le courant convectif issu de D ’ ’ est soupçonné d ’être à l ’origine des « points chauds »
d ’être à l ’origine des « points chauds » (Hot spots)(Hot spots)
3 « Points-chauds » du Pacifique
D ’après Pomerol, Lagabrielle et Renard (Dunod)D ’après Pomerol, Lagabrielle et Renard (Dunod)
Dans l ’espace et dans le temps
Stabilisation de la distance entre volcans Stabilisation de la distance entre volcans actifs de points chauds au cours du temps.
actifs de points chauds au cours du temps.
Ex.: Complexe Hawaï, Pitcairn, McDonaldEx.: Complexe Hawaï, Pitcairn, McDonald
« Parallélisme entre « migration des centres « Parallélisme entre « migration des centres actifs)
actifs)
Changement de direction simultanée (vers - Changement de direction simultanée (vers - 42Ma)
42Ma)
Les différents types de volcans
Dorsale Dorsale océanique océanique
Arcs Arcs
insulaires insulaires
Arc Arc
océanique océanique
CordillèreCordillère
Points Points Chauds Chauds
Galapagos
Apports du volcanisme :
Répartitions non aléatoires Répartitions non aléatoires
type de volcan f(localisation) type de volcan f(localisation)
Fusion partielle du manteau Fusion partielle du manteau
Pyrolite : source des différents magmas Pyrolite : source des différents magmas
Fusion partielle à la profondeur du L.V.Z. Fusion partielle à la profondeur du L.V.Z.
Déplacement de la lithosphère au-dessus Déplacement de la lithosphère au-dessus des hot spots (Points-chauds ou Panaches) des hot spots (Points-chauds ou Panaches)
