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La convergence lithosphérique
et ses effets
Chapitre 1
Convergence et subduction
I. Caractéristiques des
zones de subduction
1. Morphologie : des reliefs particuliers
1. Morphologie : des reliefs particuliers
1. Morphologie : des reliefs particuliers
1. Morphologie : des déformations
importantes
2. Evénements : un volcanisme explosif
ETNA
Montagne Pelée
2. Evénements : un volcanisme explosif
KRAKATAU
2. Evénements : un volcanisme explosif
KRAKATAU
2. Evénements : des séismes violents
2. Evénements : des séismes violents
Les 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 violents
Les 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 thermique
Zone de subduction = zone de convergence de 2 plaques lithosphériques de
densité  : la LO, plus dense, s’enfonce dans le manteau sous une plaque moins
dense, ce qui  mise en place de reliefs suite au raccourcissement +
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
autre LO (ex. Antilles, Mariannes).
La marge active constituée par le raccordement des 2 plaques est caractérisée par
des manifestations volcaniques et sismiques intenses.
La distribution géométriques des foyers des séismes selon le plan de WadatiBénioff matérialise le plongement d’une portion rigide de LO à l’intérieur du MA +
chaud et + ductile.
Ceci est confirmé par les données de la tomographie sismique, et par la double
anomalie 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
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
niveau de l’arc volcanique reflète l’ascension et l’accumulation de magmas à la
base de la croûte de la plaque chevauchante.
II. Le moteur de la
subduction
Age de la
lithosphère
en Ma
2
10
15
25
30
40
60
80
100
Epaisseur de la
lithosphère
Océanique
(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
lithosphère océanique:
ML
MA
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
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
43.6
97.5
119.6
154.38
169
195
239.2
276.3
308.8
Masse d'une
colonne de
lithosphère
océanique de 1m2
surface
(en 103 t)
Masse d'une colonne
d'asthénosphère de
même surface et de
même épaisseur
(en 103 t)
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
épaississement   masse
 densité
SUBDUCTION
L.O. s’enfonce progressivement dans l’asthénosphère
au fur et à mesure de l’éloignement à la dorsale
Comment évoluent les roches de la
LO au cours de son éloignement à
la DO puis lors de la subduction ?
III. L’évolution des
roches de la
lithosphère océanique
de la dorsale à la
subduction
GABBRO (G1)
Lame mince LPA
Plagioclases
Pyroxène
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
Explication
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
Pyroxènes mais aussi un nouveau minéral : une amphibole brune,
la Hornblende. L’hydrothermalisme a entraîné la formation d’un
nouveau minéral à partir des minéraux instables du gabbro
néoformé : nous avons là un gabbro métamorphisé ou métagabbro
(MG), que nous appellerons G2. G2 est appelé "métagabbro à
Hornblende".
Le gabbro G3, beaucoup plus loin de la DO, est à BP et BT, encore
plus hydraté, et contient 2 nouveaux minéraux de couleur verte :
l’actinote (une autre amphibole) et la chlorite ; la baisse continue
de température et l'addition d'eau ont entraîné la formation de ces
nouveaux minéraux aux dépends des anciens. G3 est un
métagabbro appelé "métagabbro faciès schistes verts".
METAGABBRO faciès
schistes bleus (G4)
Lame mince LPA
Glaucophane
Plagioclases
Pyroxène
relique
Jadéite
Grenat
ECLOGITE (G5)
ECLOGITE (lame mince)
Grenats
Jadéite
Evolution des roches au cours de la subduction
Evolution des roches au cours de la subduction
Explication
Les MG hydratés sont entraînés lors de la subduction
dans des conditions de P et de T différentes : la P, en
particulier, augmente beaucoup au début, et certains
minéraux, devenus instables dans ces nouvelles
conditions, vont donner naissance à de nouveaux
minéraux, plus stables : apparition tout d'abord de la
glaucophane, amphibole bleue encore hydratée ; on a
alors des MG "faciès schistes bleus". Puis plus en
profondeur apparition de jadéite, puis de grenat, et là il
n’y a plus d’eau (faciès Eclogite). On a donc un
métamorphisme de HP, BT, du moins au début, le faciès
Eclogite demandant tout de même une remontée de
température....
Pouh !! tu parles des noms !!! Et encore ! Je vous fait
grâce des nombreux minéraux qui apparaissent selon
les conditions de P et de T au fur et à mesure de
l'enfouissement : ils ont pour certains des noms qui
vous paraîtront barbares : lawsonite, zoïsite,... !!! Ceux
que vous devez retenir sont écrit en gras !!!
Quel râleur, celuilà !
Voyons plutôt la
définition du
métamorphisme
♥ Métamorphisme :
Transformations, à l’état solide, d’une roche sous
l’influence de conditions physico-chimiques différentes
de celles qui régnaient lors de sa formation : variations
de P et/ou de T° et/ou de la teneur en eau.
Il y a formation de nouveaux minéraux à partir des anciens
minéraux devenus instables dans les nouvelles
conditions. Si la transformation n’est pas totale, les
anciens minéraux subsistent : « minéraux reliques ».
Il y a souvent acquisition de structures particulières visibles
à l’œil nu et/ou en lame mince : minéraux orientés
(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
zones de subduction
Pb : Comment expliquer le
magmatisme singulier des zones de
subduction ?
A. Caractéristiques des Roches
Magmatiques associées aux zones
de subduction (TP3)
TYPE DE ROCHES
ROCHES VOLCANIQUES (RME)
ROCHE PLUTONIQUE
Roches
Andésite
Rhyolite
Diorite
Echantillon
Roche gris violacé
Peu dense, Bulleuse
Pas ou peu de cristx
vis.
Roche claire, gris rosé,
Assez dense
Minx visibles
Roche grise
Minx visibles
Structure
(Lame mince)
Structure microlithique
Verre
Phénocristaux
Nbx microlithes
Structure microlithique
Verre
Phénocristaux
Microlithes
Structure grenue
Composition
minéralogique
Plagioclases abdts
Amphibole
Biotite (très peu)
Parfois Q (ou Px)
Quartz (svt corrodé)
Feldspaths abdts
Biotite
(Amphibole)
Plagioclases (ppx
const.)
Amphibole
Biotite (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, Fe
H2O
65-70% de Si >> ß
+ de Na, K
- de Ca, Fe, Mg
H2O
Remarques
L’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
de ces roches?
Son origine a-t-elle un rapport avec la
plongée de la LO ?
Comparons la composition chimique de ces roches
magmatiques avec celle des roches de la LO...
(On prend le basalte comme référence).
Basalte des dorsales (doc. poly) :
47% SiO2, riche en Ca, Mg, Fe, H2O = 0 (anhydre).
♥ Les Roches Magmatiques des zones de
subduction sont :
+ acides (riches en Si)
+ riches en Na, K
contiennent – de Fe, Mg
et sont hydratées
que le ß
 le magma à l’origine de ces R est hydraté...
B. Formation du magma des zones
de subduction
Le magma se forme entre 80 et 200 km de profondeur.
Examinons les conditions géophyiques à ce niveau :
Au niv d’une zone de subduction la
péridotite sèche ne peut pas entrer en
fusion puisque le géotherme ne recoupe
JAMAIS le solidus.
Par contre, le solidus de la péridotite hydratée recoupe le
géotherme entre -80 et -180/200 Km de profondeur : dans
cette zone le point de fusion est abaissé (800°C à -80 Km) et
la péridotite du manteau est partiellement fondue.
Hypothèse : les magmas à l’origine des RM
des zones de subduction sont issus de la
fusion partielle des péridotites
mantelliques hydratées vers 100 Km de
profondeur. Ce qui serait cohérent avec la
présence des minéraux hydratés ds les RM
étudiées….
Quelle est l’origine de l’eau ?
Question
pour voir si
vous avez
suivi…
Réponse de
l’élève qui a suivi
?
l’eau provient de la déshydratation
de la LO plongeante…
♥ Dans les zones de subduction, la déshydratation de
la LO plongeante entraîne 2 phénomènes :
un métamorphisme de HP des roches de la LO 
formation de roches contenant des minéraux anhydres
fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent (=
de la plaque chevauchante) et formation de magmas à
l’origine de roches magmatiques volcaniques et
plutoniques. En effet, l’eau libérée entre 80 et 180 km de
prof. va diminuer le pt de fusion des péridotites du M de
la plaque sus-jacente (cf courbe solidus hydraté) 
fusion partielle et production de magmas. Une partie de
ces magmas sont à l’origine des laves acides  RMV
(andésites, rhyolites), une autre partie cristallise en prof
et  RMP (granitoïdes).
Schéma-bilan :
A vous de
« 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 !!