La convergence lithosphérique et ses effets

La convergence La convergence lithosphérique et ses effetslithosphérique et ses effets

Chapitre 1Chapitre 1

Convergence et subductionConvergence et subduction

I. Caractéristiques des I. Caractéristiques des zones de subductionzones de subduction

1. Morphologie : des reliefs particuliers1. Morphologie : des reliefs particuliers

1. Morphologie : des reliefs particuliers1. Morphologie : des reliefs particuliers

1. Morphologie : des reliefs particuliers1. Morphologie : des reliefs particuliers

1. Morphologie : des déformations 1. Morphologie : des déformations importantesimportantes

2. Evénements : un volcanisme explosif2. Evénements : un volcanisme explosif

ETNA

Montagne Pelée

2. Evénements : un volcanisme explosif2. Evénements : un volcanisme explosif

KRAKATAU

2. Evénements : un volcanisme explosif2. Evénements : un volcanisme explosif

KRAKATAU

2. Evénements : des séismes violents2. Evénements : des séismes violents

2. Evénements : des séismes violents2. Evénements : des séismes violentsLes foyers sismiques sont répartis sur une surface dont la profondeur

augmente avec la distance à la fosse : le plan de Wadati-Bénioff.

2. Evénements : des séismes violents2. Evénements : des séismes violentsLes foyers sismiques sont répartis sur une surface dont la profondeur

augmente avec la distance à la fosse : le plan de Wadati-Bénioff.

Or, foyers des séismes sont

toujours situés dans la lithosphère (rigide)

La lithosphère océanique plongerait

donc dans l’asthénosphère…

3. La double anomalie du flux thermique3. La double anomalie du flux thermique

Zone de subductionZone de subduction = zone de convergence de 2 plaques lithosphériques de = zone de convergence de 2 plaques lithosphériques de densité densité  : la LO, plus dense, s’enfonce dans le manteau sous une plaque moins  : la LO, plus dense, s’enfonce dans le manteau sous une plaque moins

dense, ce qui dense, ce qui mise en place de reliefs suite au raccourcissement + mise en place de reliefs suite au raccourcissement + épaississement de la croûte. On distingue la subduction océan-continent, où LO épaississement de la croûte. On distingue la subduction océan-continent, où LO

plonge sous LC (ex. Andes) et la subduction océan-océan où LO plonge sous une plonge sous LC (ex. Andes) et la subduction océan-océan où LO plonge sous une autre LO (ex. Antilles, Mariannes).autre LO (ex. Antilles, Mariannes).

La La marge activemarge active constituée par le raccordement des 2 plaques est caractérisée par constituée par le raccordement des 2 plaques est caractérisée par des manifestations des manifestations volcaniquesvolcaniques et et sismiquessismiques intenses. intenses.

La distribution géométriques des La distribution géométriques des foyers des séismes selon le plan de Wadati-foyers des séismes selon le plan de Wadati-BénioffBénioff matérialise le matérialise le plongement d’une portion rigide de LO à l’intérieur du MA + plongement d’une portion rigide de LO à l’intérieur du MA +

chaud et + ductilechaud et + ductile. . Ceci est confirmé par les données de la Ceci est confirmé par les données de la tomographie sismiquetomographie sismique, et par la , et par la double double anomalieanomalie présentée par le flux de chaleur : le panneau litho subduit est dense et présentée par le flux de chaleur : le panneau litho subduit est dense et

froid, donc : d’une part il accélère la v(ondes) - d’autre part il s’enfonce à une froid, donc : d’une part il accélère la v(ondes) - d’autre part il s’enfonce à une vitesse trop importante pour qu’il puisse atteindre l’équilibre thermique avec son vitesse trop importante pour qu’il puisse atteindre l’équilibre thermique avec son

environnement, ce qui explique un flux faible à l’aplomb de la fosse. Le flux élevé au environnement, ce qui explique un flux faible à l’aplomb de la fosse. Le flux élevé au niveau de l’arc volcanique reflète l’ascension et l’accumulation de magmas à la base niveau de l’arc volcanique reflète l’ascension et l’accumulation de magmas à la base

de la croûte de la plaque chevauchante.de la croûte de la plaque chevauchante.

II. Le moteur de la II. Le moteur de la subductionsubduction

Age de la lithosphère

en Ma2 10 15 25 30 40 60 80 100

Epaisseur de la lithosphèreOcéanique

(en Km)e = 9.5√t  

13.4 30 36.8 47.5 52 60 73.6 85 95

Epaisseur de la croûte océanique

(en Km)6 6 6 6 6 6 6 6 6

Epaisseur du manteau

lithosphérique (en Km)

7.4 24 30.8 41.5 46 54 67.6 79 89

Évolution du profil de la Évolution du profil de la lithosphère océanique:lithosphère océanique:

MA

ML

Age de la lithosphère en Ma 2 10 15 25 30 40 60 80 100

Epaisseur de la lithosphère océanique (en Km)

13.4 30 36.8 47.5 52 60 73.6 85 95

Masse d'une colonne de lithosphère océanique de 1m2 surface (en 103 t)

CO 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1

ML 24.4 79.2 101.6 137 151.8 178.2 223.1 260.7 293.7

LO 41.5 96.3 118.7 154.1 168.9 195.3 240.2 277.8 310.8

Masse d'une colonne d'asthénosphère de même surface et de même épaisseur(en 103 t)

43.6 97.5 119.6 154.38 169 195 239.2 276.3 308.8

Au niveau de la dorsale océanique (DO), la lithosphère océanique néoformée est peu épaisse et chaude (limite lithosphère/asthénosphère à –10 km).Au fur et à mesure qu’elle s’éloigne de la dorsale océanique, la lithosphère océanique se refroidit (flux thermique moins important + circulation hydrothermale), ce qui entraîne l'enfoncement de l’isotherme1200°C, limite thermique Lithosphère/Asténosphère.

Conséquences :

le manteau lithosphérique (ML) s’épaissit aux dépends du manteau asthénosphérique (MA)

masse de la lithosphère océanique (LO)le ML, de même nature que MA, est + froid ML est + dense que le MA

L.O. se refroidit L.O. se refroidit

épaississement épaississement masse masse densité densité

SUBDUCTION

L.O. s’enfonce progressivement dans l’asthénosphèreL.O. s’enfonce progressivement dans l’asthénosphèreau fur et à mesure de l’éloignement à la dorsaleau fur et à mesure de l’éloignement à la dorsale

Comment évoluent les roches de la Comment évoluent les roches de la LO au cours de son éloignement à LO au cours de son éloignement à la DO puis lors de la subduction ?la DO puis lors de la subduction ?

III. L’évolution des III. L’évolution des roches de la roches de la

lithosphère océanique lithosphère océanique de la dorsale à la de la dorsale à la

subductionsubduction

Plagioclases

Pyroxène

GABBRO (G1)

Lame mince LPA

METAGABBRO à Hb (G2)

Plagioclases

Pyroxène

Hornblende (amphibole brune)

Lame mince de

MG à Hb en LPNA

METAGABBRO à chlorite et actinote

Faciès schistes verts (G3)

Métagabbro inclus

dans du métabasalte

Minéraux verts (chlorite et actinote)

    Evolution des gabbros au cours de l'éloignement de la dorsale :Evolution des gabbros au cours de l'éloignement de la dorsale :

A quelques km de la DO, le gabbro est toujours à BP mais un peu A quelques km de la DO, le gabbro est toujours à BP mais un peu refroidi (T=600°C) et hydraté. Il contient toujours Plagioclases et refroidi (T=600°C) et hydraté. Il contient toujours Plagioclases et Pyroxènes mais aussi un nouveau minéral : une Pyroxènes mais aussi un nouveau minéral : une amphibole brune, brune, la la Hornblende. . L’hydrothermalisme a entraîné la formation d’un L’hydrothermalisme a entraîné la formation d’un nouveau minéral à partir des minéraux instables du gabbro nouveau minéral à partir des minéraux instables du gabbro néoformé : nous avons là un gabbro métamorphisé ou néoformé : nous avons là un gabbro métamorphisé ou métagabbro (MG), (MG), que nous appelleronsque nous appellerons G2. G2. G2 est appelé G2 est appelé "métagabbro à "métagabbro à Hornblende"Hornblende". .

Le gabbro Le gabbro G3,G3, beaucoup plus loin de la DO, est à BP et BT, encore beaucoup plus loin de la DO, est à BP et BT, encore plus hydraté, et contient 2 nouveaux minéraux de couleur verte : l’plus hydraté, et contient 2 nouveaux minéraux de couleur verte : l’actinote (une autre amphibole) et la (une autre amphibole) et la chlorite ; la baisse continue de ; la baisse continue de température et l'addition d'eau ont entraîné la formation de ces température et l'addition d'eau ont entraîné la formation de ces nouveaux minéraux aux dépends des anciens. G3 est un nouveaux minéraux aux dépends des anciens. G3 est un métagabbro appelé métagabbro appelé ""métagabbro faciès schistes vertsmétagabbro faciès schistes verts"". .

    Evolution des gabbros au cours de l'éloignement de la Evolution des gabbros au cours de l'éloignement de la

dorsale dorsale

ExplicationExplication

METAGABBRO faciès

schistes bleus (G4)

Lame mince LPA

Plagioclases

Glaucophane

Pyroxène

relique

ECLOGITE (G5)

Grenat

Jadéite

ECLOGITE (lame mince)

Jadéite

Grenats

Evolution des roches au cours de la subduction

Evolution des roches au cours de la subduction Evolution des roches au cours de la subduction

ExplicationExplication

Les MG hydratés sont entraînés lors de la subduction Les MG hydratés sont entraînés lors de la subduction dans des conditions de P et de T différentes : la P, en dans des conditions de P et de T différentes : la P, en particulier, augmente beaucoup au début, et certains particulier, augmente beaucoup au début, et certains minéraux, devenus instables dans ces nouvelles minéraux, devenus instables dans ces nouvelles conditions, vont donner naissance à de nouveaux conditions, vont donner naissance à de nouveaux minéraux, plus stables  : apparition tout d'abord de la minéraux, plus stables  : apparition tout d'abord de la glaucophane, , amphibole bleue encore hydratée ; on a amphibole bleue encore hydratée ; on a alors des alors des MG "MG "faciès schistes bleusfaciès schistes bleus".". Puis plus en Puis plus en profondeur apparition de profondeur apparition de jadéite, puis de , puis de grenat,, et là il et là il n’y a plus d’eau (n’y a plus d’eau (faciès Eclogitefaciès Eclogite). On a donc un ). On a donc un métamorphisme de HP, BT, du moins au début, le faciès métamorphisme de HP, BT, du moins au début, le faciès Eclogite demandant tout de même une remontée de Eclogite demandant tout de même une remontée de température....température....

Pouh !! tu parles des noms !!! Et encore ! Je vous fait Pouh !! tu parles des noms !!! Et encore ! Je vous fait grâce des nombreux minéraux qui apparaissent selon grâce des nombreux minéraux qui apparaissent selon les conditions de P et de T au fur et à mesure de les conditions de P et de T au fur et à mesure de l'enfouissement : ils ont pour certains des noms qui l'enfouissement : ils ont pour certains des noms qui vous paraîtront barbares : lawsonite, zoïsite,... !!! Ceux vous paraîtront barbares : lawsonite, zoïsite,... !!! Ceux que vous devez retenir sont écrit en que vous devez retenir sont écrit en grasgras !!! !!!

Quel râleur, celui-Quel râleur, celui-là !là !

Voyons plutôt la Voyons plutôt la définition du définition du

métamorphismemétamorphisme

♥ ♥ MMétamorphisme : étamorphisme :

Transformations, à Transformations, à l’état solidel’état solide, d’une roche sous , d’une roche sous l’influence de conditions physico-chimiques différentes l’influence de conditions physico-chimiques différentes de celles qui régnaient lors de sa formation : variations de celles qui régnaient lors de sa formation : variations

de P et/ou de T° et/ou de la teneur en eau. de P et/ou de T° et/ou de la teneur en eau. Il y a formation de nouveaux minéraux à partir des anciens Il y a formation de nouveaux minéraux à partir des anciens

minéraux devenus instables dans les nouvelles minéraux devenus instables dans les nouvelles conditions. Si la transformation n’est pas totale, les conditions. Si la transformation n’est pas totale, les

anciens minéraux subsistent : « minéraux reliques ». anciens minéraux subsistent : « minéraux reliques ». Il y a souvent acquisition de structures particulières visibles Il y a souvent acquisition de structures particulières visibles

à l’œil nu et/ou en lame mince : minéraux orientés à l’œil nu et/ou en lame mince : minéraux orientés (litage), foliation(litage), foliation..

 Ce qu’il faut AUSSI retenir, c’est qu’il y a donc

déshydratation de la LO plongeante.

Ca, c'est vachement important... la LO plongeante se déshydrate !!! Ah bon, et alors ? Et bien vous allez voir...

IV. Le magmatisme des IV. Le magmatisme des zones de subductionzones de subduction

Pb : Comment expliquer le Pb : Comment expliquer le magmatisme singulier des zones de magmatisme singulier des zones de

subduction ?subduction ?

A. Caractéristiques des Roches A. Caractéristiques des Roches Magmatiques associées aux zonesMagmatiques associées aux zones

de subduction (TP3)de subduction (TP3)

TYPE DE ROCHES ROCHES VOLCANIQUES (RME) ROCHE PLUTONIQUE

Roches Andésite Rhyolite Diorite

Echantillon

Roche gris violacéPeu dense, BulleusePas ou peu de cristx

vis.

Roche claire, gris rosé,Assez dense Minx visibles

Roche griseMinx visibles

Structure (Lame mince)

Structure microlithiqueVerre

Phénocristaux Nbx microlithes

Structure microlithiqueVerre

Phénocristaux Microlithes

Structure grenue

Compositionminéralogique

Plagioclases abdtsAmphibole

Biotite (très peu)Parfois Q (ou Px)

Quartz (svt corrodé)Feldspaths abdts

Biotite(Amphibole)

Plagioclases (ppx const.)

AmphiboleBiotite (un peu)

Parfois Q (ou Px)

Composition chimique comparée à celle du ß

des dorsales

55% de Si > celle du ß+ de Na, K- de Ca, Mg

H2O

70-75% de Si >> ß+ de Na, K

bcp – de Ca, Mg, FeH2O 

65-70% de Si >> ß+ de Na, K

- de Ca, Fe, MgH2O

RemarquesL’andésite est

l’équivalent volcanique de la diorite

La rhyolite est l’équivalent volcanique

du granite

Equivalent grenu de l’andésite

Comment se forme le magma à l’origine Comment se forme le magma à l’origine de ces roches? de ces roches?

Son origine a-t-elle un rapport avec la Son origine a-t-elle un rapport avec la plongée de la LO ?plongée de la LO ?

Comparons la composition chimique de ces roches Comparons la composition chimique de ces roches magmatiques avec celle des roches de la LO... magmatiques avec celle des roches de la LO...

(On prend le basalte comme référence(On prend le basalte comme référence).

+ acides (riches en Si) + acides (riches en Si) + riches en Na, K + riches en Na, K que le ß que le ßcontiennent – de Fe, Mg contiennent – de Fe, Mg et sont et sont hydratéeshydratées

♥ ♥ Les Roches Magmatiques des zones de Les Roches Magmatiques des zones de subduction sont : subduction sont :

Basalte des dorsales (doc. poly) :Basalte des dorsales (doc. poly) :

47% SiO2, riche en Ca, Mg, Fe, H2O = 0 (47% SiO2, riche en Ca, Mg, Fe, H2O = 0 (anhydreanhydre).).

le magma à l’origine de ces R est hydraté...

B. Formation du magma des zonesB. Formation du magma des zonesde subductionde subduction

Le magma se forme entre 80 et 200 km de profondeur. Le magma se forme entre 80 et 200 km de profondeur. Examinons les conditions géophyiques à ce niveau :Examinons les conditions géophyiques à ce niveau :

Au niv d’une zone de subduction la Au niv d’une zone de subduction la péridotite péridotite sèchesèche ne peut pas entrer en ne peut pas entrer en

fusion puisque le géotherme ne recoupe fusion puisque le géotherme ne recoupe JAMAIS le solidusJAMAIS le solidus. .

Par contre, le solidus de la Par contre, le solidus de la péridotite hydratée recoupe le péridotite hydratée recoupe le géotherme entre -80 et -180/200 Km de profondeur géotherme entre -80 et -180/200 Km de profondeur : dans : dans

cette zone le point de fusion est abaissé (800°C à -80 Km) et cette zone le point de fusion est abaissé (800°C à -80 Km) et

la péridotite du manteau est partiellement fonduela péridotite du manteau est partiellement fondue..

Hypothèse :Hypothèse : les magmas à l’origine les magmas à l’origine des RM des zones de subduction sont des RM des zones de subduction sont issus de la issus de la fusion partiellefusion partielle des des péridotites mantelliques hydratéespéridotites mantelliques hydratées vers 100 Km de profondeur. Ce qui vers 100 Km de profondeur. Ce qui serait cohérent avec la présence des serait cohérent avec la présence des minéraux hydratés ds les RM minéraux hydratés ds les RM étudiées….étudiées….

Quelle est l’origine de l’eau ?Quelle est l’origine de l’eau ?

Question Question pour voir si pour voir si vous avez vous avez

suivi…suivi…

l’eau provient de la déshydratation l’eau provient de la déshydratation de la LO plongeante… de la LO plongeante…

Réponse de Réponse de l’élève qui a l’élève qui a

suivi ?suivi ?

♥ ♥ Dans les zones de subduction, la déshydratation de Dans les zones de subduction, la déshydratation de la LO plongeante entraîne 2 phénomènes : la LO plongeante entraîne 2 phénomènes :

un métamorphisme de HP des roches de la LO un métamorphisme de HP des roches de la LO formation de roches formation de roches contenant des minéraux anhydrescontenant des minéraux anhydres

fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent (= fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent (= de la plaque chevauchante) et formation de magmas à de la plaque chevauchante) et formation de magmas à l’origine de roches magmatiques volcaniques et l’origine de roches magmatiques volcaniques et plutoniques. En effet, l’eau libérée entre 80 et 180 km de plutoniques. En effet, l’eau libérée entre 80 et 180 km de prof. va diminuer le pt de fusion des péridotites du M de prof. va diminuer le pt de fusion des péridotites du M de la plaque sus-jacente (cf courbe solidus hydraté) la plaque sus-jacente (cf courbe solidus hydraté) fusion partielle et production de magmas. Une partie de fusion partielle et production de magmas. Une partie de ces magmas sont à l’origine des laves acides ces magmas sont à l’origine des laves acides RMV RMV (andésites, rhyolites), une autre partie cristallise en prof (andésites, rhyolites), une autre partie cristallise en prof et et RMP (granitoïdes). RMP (granitoïdes).

Schéma-bilan Schéma-bilan ::

A vous de A vous de « zouer » !« zouer » !

Ajoutez à ce schéma tout ce qu’il faut pour qu’il résume tout !!!(le document vierge est

disponible diapo suivante)

Respectez les couleurs conventionnelles pour les enveloppes, et ayez

la main légère !!