THEME 1 – La terre, la vie et l’organisation du vivant / B : La dynamique interne de la Terre

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CHAPITRE 10 : La dynamique des zones de convergence lithosphérique

Dans certaines régions du globe, deux plaques lithosphériques peuvent converger l’une vers

l’autre. L’étude de ces zones permet de caractériser les phénomènes géologiques associés à la

convergence.

Vidéo : Sunrise Eruption at Mt. Bromo, Indonesia - 2016

Problématiques générales : Comment expliquer la présence de volcans dans les zones de subduction

? Comment expliquer la subduction de la lithosphère océanique ? Comment les reliefs de montagne

se forment-ils ?

I/ Les marqueurs et conditions de la subduction

a) La distribution des foyers sismiques

Document a page 230 + tomographie sismique

b) Les conditions de la subduction

Document c page 231

La répartition des séismes au voisinage des fosses est particulière : les séismes se distribuent selon

un plan incliné d’environ 100 km d’épaisseur. Ce plan est nommé le plan de Wadati-Benioff.

Les études de tomographie sismique réalisées au voisinage des fosses révèlent la présence d’une

zone anormalement froide qui coïncide avec le plan de Wadati-Benioff. : la lithosphère ne se réchauffe

que très lentement dans le manteau et elle reste intacte jusqu’à une profondeur importante.

Ces données s’expliquent par le plongement d’une lithosphère océanique froide, rigide et cassante

dans l’asthénosphère ductile.

II/ Le magmatisme des zones de subduction

Les zones de subduction sont des zones au niveau desquelles la lithosphère océanique rigide

plonge dans l’asthénosphère ductile. Ces zones sont le siège d’une activité magmatique importante.

TP11 : le magmatisme des zones de subduction

NB : Texture des roches et refroidissement voir TP enseignement scientifique sur l’éthylvanilline !!

Plus les foyers sismiques sont profonds plus ils sont éloignés de la fosse. Ces foyers s’organisent selon un plan

(plan de Wadati Benioff)

Suite à sa naissance, la lithosphère océanique se refroidit. L’isotherme 1 300 °C (limite lithosphère/asthénosphère)

est ainsi de plus en plus profonde. Or le manteau lithosphérique étant plus dense (3,3) que le manteau

asthénosphérique (3,25) la densité de la lithosphère océanique augmente. Lorsque la densité de la lithosphère

océanique devient plus dense que celle de l’asthénosphère la subduction devient possible.

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Au Guatemala, le volcán de Fuego (« volcan de feu ») s’est réveillé dimanche 3 juin 2018

Anak Krakatau volcanic activity, 24.10.2018.

Les zones de subduction sont le siège

sur la plaque chevauchante d’un

important magmatisme. Celui-ci est

caractérisé en surface par un

dynamisme éruptif explosif, associé à

l’émission de lave visqueuse, riches en

silice et en gaz. Il s’accompagne de la

formation de roches magmatiques

volcaniques (andésites et ryolites).

En profondeur, le magmatisme aboutit à la formation de roches plutoniques (diorites et granites).

Leur composition est diverse car le refroidissement du magma est lent à l’échelle des temps

géologique, et les minéraux cristallisent de manière progressive.

La teneur en silice influence la composition

minéralogique et la viscosité des roches. Plus un

magma est visqueux, plus il remontera lentement

à la surface, il refroidira et aura tendance à

« boucher » le cratère. La viscosité s’oppose à la

migration vers la surface des gaz présents dans

le magma. Lorsque l’accumulation de gas est

trop forte, la pression est telle que le magma

explose.

Documents h, i, j page 233 : Existe-t-il un point

commun aux roches magmatiques formées dans

les zones de subduction ?

Les documents permettent d’identifier une

caractéristique commune aux roches magmatiques

associées aux zones de subduction : une partie de

leur masse est liée à la présence d’eau ce qui se

traduit par la présence de minéraux contenant des

groupements hydroxyles (eau structurale et non

liquide intégrée aux réseaux cristallins).

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Les andésites sont des roches à structure microlitiques (pâte +cristaux), témoignant d’un

refroidissement rapide lié à la mise en place du magma en surface. Ce sont donc des roches

magmatiques volcaniques.

La diorite est issue du même magma que l’andésite mais est entièrement cristallisée et

composée de cristaux collés les uns aux autres : on parle de structure grenue. Les roches encaissantes

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( entourant le magma) ont maintenu la chaleur du magma immobilisé en profondeur, ce qui a permis

à tous les éléments chimiques de s’associer ne formant ainsi que des minéraux. Le magma est donc

entièrement cristallisé en profondeur et forme une masse de roche plus ou moins sphérique appelée

“pluton”. Ce sont des roches magmatiques plutoniques.

III/ La formation du magma dans les zones de subduction

Activité 1 : d’où provient le magma à l’origine des roches des zones de subduction ?

L’étude en laboratoire montre que le basalte sec ou anhydre ne peut fondre : la CO ne peut être

à l’origine de ce magma. Il en est de même pour la péridotite anhydre. Seule la péridotite hydratée

peut entrer en fusion : l’eau a permis d’abaisser le point de fusion. Pour preuve : les minéraux des

roches obtenues à partir de ce magma sont des minéraux hydroxylés (biotite, amphibole). De plus si

on compare une péridotite de dorsale et une péridotite de zone de subduction on note la présence de

minéraux hydratés dans cette dernière (amphiboles, micas).

Explication : Les minéraux des roches magmatiques de subduction sont hydratées. En outre, les

tomographies sismiques montrent que la source du magma est le manteau péridotitique de la plaque

chevauchante, situé entre 80 et 150 km au-dessus du plan de Benioff. A cette profondeur, les

conditions de pression et de température rendent impossibles la fusion des péridotites. En s’enfonçant

dans le manteau, la lithosphère océanique hydratée (dans le domaine des schistes verts) est placée

dans des conditions de P / T telles que les associations minérales changent et libèrent de l’eau. Cette

eau migre dans le manteau de la plaque chevauchante et l’hydrate, permettant la fusion partielle des

péridotites.

Schéma bilan (belin première spécialité SVT 2019)

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IV/ Mobilité des plaques et augmentation de la densité de la lithosphère

Après sa mise en place, la densité de la lithosphère augmente. Elle est liée à l’accroissement de la

denstité des roches qui la compose et à son épaississement (ajout de manteau plus dense que la

croûte et abaissement de l’isotherme 1300°C). Après que la densité de la lithosphère ait dépassé celle

de l’asthénosphère, la lithosphère finit par s’enfoncer dans l’asthénosphère. Ce plongement exerce

une force de traction sur toute la plaque : il est le principal moteur de son déplacement.

ces mouvements descendants participent à la mise en place des mouvements ascendants : le

manteau est ainsi le siège de mouvements de convection.

Un excellent schéma bilan sur l’origine de la production des matériaux continentaux :

https://lh3.googleusercontent.com/Ht8n9k3Tf8fvTAwDByRg3JWBjEsMhYnioMAqnwmced5zP

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Vocabulaire :

Chambre magmatique : zone crustale d’accumulation de magma

Dorsale : reliefs sous-marins du plancher océanique de 2 000 à 3 000 km de large, dominant les

plaines abyssales, et dont la profondeur moyenne est de 2 500 m.

Fusion partielle : processus permettant à une roche solide de se transformer en une phase liquide et

une phase solide résiduelle.

Hydrothermalisme : circulation d’eau exploitant la fracturation des roches au cours de laquelle de

l’eau froide s’infiltre dans les roches, s’y réchauffe puis remonte vers la surface.

Métamorphisme : transformation à l’état solide d’une roche préexistante sous l’effet des variations de

pression et de température.

Zone de subduction : zones au niveau desquelles la lithosphère océanique rigide plonge dans un

manteau ductile.