activité magnétique

8/18/2019 activité magnétique

1/10

ACTIVITÉ

1 Activité magmatique des zonesde subductionLe magmatisme des zones de convergence de plaques s’observe sur la plaquechevauchante. Il est situé à l’aplomb des surfaces de Bénioff, là où celles-ciatteignent 100 à 150 km de profondeur.Le volcanisme y est particulièrement violent, dangereux car souvent explosif.Il est caractérisé par l’émission de laves, basaltiques et andésitiques. Les arcs magmatiques associés ontune longueur cumulée de 30000 km environ dont 25000 pour la ceinture de feu du Pacifique.Le plutonisme se manifeste par des intrusions de granitoïdes (granites et diorites) roches de structuregrenue, équivalentes dans leurs compositions chimiques aux roches volcaniques.

Quels sont les caractères du magmatisme associés à la subduction?

Le caractère explosif du volcanisme est dû aux propriétés des laves, vis-queuses, très riches en gaz. La décompression qui affecte le magma lors deson ascension provoque le dégazage. Le magma est pulvérisé en fragmentsde tailles diverses portés par un jet de gaz. Les explosions sont violentes,sporadiques et ont de forts débits (milliards de kg ⋅ s − 1).

Les différents types d’éruptions● Le mélange de gaz volcaniques et de cendres éjectées est moins denseque l’atmosphère. Il forme un panache qui peut s’élever à plus de 30 km et injecter des cendres et des gaz dans la haute atmosphère.

● Le mélange de gaz volcaniques et de cendres éjectées est plus dense quel’atmosphère et retombe. Il s’écoule à grande vitesse sur les pentes du vol-

can et forme des coulées.● Les coulées de laves visqueuses riches en gaz sous pression s’écoulent surles pentes du volcan, libérant un mélange de gaz et de fragments qui for-ment les nuées ardentes.

162 9. Les roches associées aux zones de subduction

VOCABULAIREIntrusif : qui a pénétré dansdes formations déjà consti-tuées.

Nuées ardentes : grand volumede gaz brûlants émis à fortepression transportant à grandevitesse des laves et des cendres.

Structure grenue : structure

montrant un assemblage decristaux visibles à l’œil nu.

Les éruptions volcaniques sont explosivesDoc.1

Éruptions volcaniques explosives : à gauche, Sakurjima au Japon; à droite, Pinatubo, Philippines.

Des exemples de volcans : Montagne Pelée (Martinique),Mont St Helens (USA), Névado de Toluca (Mexique),Pinatubo (Philippines), Mont Unzen (Japon), Dôme deNova Rupta (Alaska).


2/10


3/10

0,25 mm

ACTIVITÉ

Dans le cas des subductions océan/continent, commedans les Monts Cascades (Amérique du Nord), au Pérou, enBolivie et au Chili, l’activité magmatique forme essentiel-lement des andésites. Cependant les roches formées dansces zones sont variées.● Les basaltes* : ils sont plus riches en éléments alcalins(Na, K) que les basaltes des dorsales.● Les andésites* et les rhyolites* sont plus riches en siliceque les basaltes. Les andésites sont les plus représentées.

Dans le cas d’une subduction de lithosphère intra-océa-nique, comme dans les îles Fidji, arc des Tonga-Kermadec

(Nouvelle-Zélande), le volcanisme se caractérise par desbasaltes très similaires aux basaltes des dorsales et desandésites.

xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx

*Basalte : roche sombre, de structure microlithique, conte-nant des phénocristaux de feldspath* et de pyroxène dans

une matrice vitreuse. Les petits cristaux visibles au micro-

scope, en forme de baguettes, sont des microlithes.

* Andésite : roche grise, de structure microlithique, conte-

nant des phénocristaux de feldspath et de pyroxène dans

une matrice vitreuse à microlithes dont la biotite et l’am-

phibole, minéraux hydratés.

* Rhyolite : roche claire, de structure microlithique, conte-nant des phénocristaux de quartz et de feldspath dans

une matrice vitreuse à microlithes dont la biotite et l’am-

phibole, minéraux hydratés.

* Feldspath : minéraux

de composition variée

en Ca, Na et K.


Les roches volcaniquesDoc.3

TP

b. Lame mince de rhyolite (Q : quartz).

Composition chimique des basaltes des dorsales, des basaltes de subduction, des andésites et rhyolites

SiO2 K 2O Na2O CaO MgO oxydes de Fe Al 2O3 H2O

Basalte des dorsales 47 % 0,2 % 2,2 % 11 % 8,5 % 9,4 % 15,8 % —

Basalte des zones de subduction 50 % 0,5 % 2,6 % 10,7 % 5 % 10 % 18 % 1,5 %

Andésite 54,2 % 1,1 % 3,7 % 7,9 % 4,4 % 9 % 17,2 % 1,2 %

Rhyolite 73,7 % 5,3 % 3 % 1 % 0,3 % 1,7 % 13,4 % 1,9 %

Afin de répondre au problème posé

1. Recenser les produits du magmatisme des zones de subduction : observer les roches à l’œil nu et au microscope polarisant, déter-miner leur composition minéralogique et leur structure. Rassembler les réponses dans un tableau.2. Caractériser les roches magmatiques (plutoniques ou volcaniques) des zones de subduction par rapport aux basaltes des dor-sales en comparant leur composition chimique.Identifier les différences essentielles.

1 (suite) Les roches magmatiquesLes roches magmatiques résultent de la cristallisation d’un magma : les rochesvolcaniques sont mises en place à l’état liquide ou pâteux en surface. Ellescristallisent rapidement; les roches plutoniques sont mises en place à l’état pâteuxen profondeur. Elles cristallisent lentement.

Quels sont les caractères du magmatisme associé à la subduction?

VOCABULAIREPhénocristaux : cristauxde grande taille dans lesroches magmatiques.

Structure microlithique :structure présentant despetits cristaux nonvisibles à l’œil nu.

a. Lame mince d’andésite (A : amphibole, F : feldspath).

A

Q

F

0,25 mm

0,25 mm0,25 mm


4/10

Les roches plutoniquesDoc.4

1659. Les roches associées aux zones de subduction

Les roches plutoniques des zones de subduc-tion sont essentiellement des granitoïdes. Sur leterrain, elles sont associées aux roches volca-niques calco-alcalines. Les massifs de grani-toïdes* sont des plutons* isolés qui affleurent dont le batholite* de la Cordillera Blanca (Chili).Ils sont alignés parallèlement à la côte, suivant l’allongement de la chaîne de montagnes.

Les granodiorites sont des granitoïdes à struc-ture grenue montrant un assemblage de cris-taux tous visibles à l’œil nu. Elle est composéedes minéraux classiques du granite, du quartzet des feldspaths, mais contient de grandes quan-tités de biotite et d’amphibole, minéraux hydra-tés.

xxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx

*Granitoïdes : ensemble des granites et des gra-

nodiorites.

*Pluton et *batholite : grosses masses ovoïdes de

roches magmatiques qui ont cristallisé en pro-

fondeur. Ils peuvent être dégagés par l’érosion

et apparaître en surface sous forme d’un mas-

sif qui recoupe les formations géologiques alen-

tour

TP

Lima

Talara

batholites de granitoïdes

Altiplano

Cordillera

Blanca

Arica

2 0 0 0 m

f o

s s e

d u

P é r o u

a. Répartition des plutons dans la chaîne andine.

b. Échantillon de granodiorite (M : mica). c. Lame mince de granodiorite.

Composition chimique des graniodiorites

SiO2 K 2O Na2O CaO MgO Oxydes de Fe Al 2O3 H2O

Graniodiorites 66,8 % 3 % 3,8 % 3,5 % 1,5 % 3,8 % 15,6 % 2 %

F

Q + F

M

M

Q1 cm 0,25 mm

pluton


5/10

I L’activité magmatique

des zones de subduction

A. Le volcanisme

Il est à l’origine des arcs insulaires et des volcansassociés à une chaîne de montagnes. La roche vol-

canique la plus représentée est l’andésite.1. Les éruptions volcaniques

Les éruptions volcaniques observées dans les zonesde subduction sont explosives, elles sont caracté-ristiques des magmas de viscosité élevée à teneurimportante en gaz dissous.À la sortie du volcan, le mélange des fragments delaves et de gaz forme une colonne d’éruption quipeut dépasser 40 km de hauteur puis elle s’écarte for-mant un nuage. Les débris peuvent être transportés

loin du lieu d’émission. Les nuées ardentes, carac-téristiques de ces éruptions, sont causées par l’ef-fondrement de la colonne d’éruption et l’écoulementdu nuage formé de fragments de laves solidifiées.C’est la forme d’éruption la plus dangereuse car ellepeut se propager jusqu’à 100 km alentour à la vitessede 700 km ⋅ h − 1.

2. Les roches volcaniques

Les roches volcaniques formées à partir de ces mag-mas sont essentiellement des andésites. Cependant,

selon les zones, des roches différentes par leur com-position chimique existent également.

● Dans le cas d’une subduction de lithosphère océa-nique sous lithosphère océanique se forment desbasaltes similaires dans leur composition aux basaltesémis au niveau des dorsales et des andésites.

● Dans le cas d’une subduction de lithosphère océa-

nique sous lithosphère continentale, se formentessentiellement des andésites mais également desrhyolites.Ces roches, de structure microlithique ou micro-grenue, sont constituées d’une phase vitreuse (SiO2),de phénocristaux de minéraux hydratés tels queles micas et les amphiboles et des microcristauxnoyés dans la matrice vitreuse.

B. Le plutonisme

Associés au volcanisme, des massifs circulaires deroches plutoniques affleurent. Ils sont constituésessentiellement de granitoïdes.Les roches plutoniques sont variées dans leur com-position, mais les plus représentées sont les grani-toïdes.Ces roches ont une structure grenue, elles sont for-mées de minéraux dont certains, biotite et amphi-boles, sont hydratés. Ces minéraux sont tous visiblesà l’œil nu et imbriqués les uns dans les autres sansphase vitreuse.

Les rochesassociées aux zones

de subductionLe magmatisme est le processus qui comprend la formation d’unmagma par fusion partielle de matériaux solides, son ascension àtravers le manteau et la croûte, son émission à la surface terrestreou son blocage au sein de la croûte formant des plutons.

LES MOTS À CONNAÎTREIntrusif : qui a pénétré dans des forma-tions déjà constituées.

Magmatisme : ensemble des phénomènesliés à la formation, à la cristallisation et audéplacement des magmas.

Métamorphisme : transformation d’une

roche à l’état solide du fait d’une variationde température et/ou de pression avec for-mation de nouveaux minéraux.

Nuées ardentes : grand volume de gaz brû-lant à forte pression transportant à grandevitesse des laves et des cendres.

Péridotite : roche grenue du manteau.

Structure grenue : structure montrant unassemblage de cristaux visibles à l’œil nu.

SYNTHÈSE



6/10


II Genèse du magma

dans les zones de subduction

A. Fusion des roches magmatiques

Les expériences de laboratoires montrent que lesroches commencent à fondre soit lorsque la tem-

pérature augmente à pression constante, soit lorsquela pression diminue à température constante soit,pour pression et température données, par apportd’eau.Dans les zones de subduction, plusieurs argumentstémoignent du rôle de l’eau, agent essentiel de lafusion partielle :– à 100 km de profondeur, zone probable de la fusionpartielle, le manteau lithosphérique est à1 000 °C. Or, à cette température, il devrait être

solide, sa fusion partielle implique donc la présenced’eau;– les roches magmatiques des zones de subductioncontiennent des minéraux hydratés, micas et amphi-boles.

B. Origine de l’eau, agent de la fusionpartielle du manteau. Couplage entrele métamorphisme et le magmatisme

Cette hydratation se produit dans les zones fractu-rées, à proximité des dorsales, où l’eau chaude etriche en ions s’infiltre. Cette hydratation transformeles roches de la lithosphère en roches métamor-phiques appartenant aux schistes verts.

Dans les zones de subduction, la lithosphère océa-nique hydratée qui subduit est soumise à des condi-tions de haute pression et basse température. Dansces conditions, de nouveaux minéraux se forment :grenat, glaucophane.

Ces réactions minéralogiques de métamorphismes’accompagnent de la libération d’une phase liquide,l’eau.

Ainsi se produit une déshydratation de la litho-sphère océanique au cours de son enfoncement etle départ d’eau vers le manteau lithosphérique de laplaque chevauchante.Cette eau abaisse le point de fusion de la péridotite,

provoquant sa fusion partielle à pression et tempé-rature données. Le métamorphisme de la lithosphèreocéanique libérant de l’eau et le magmatisme produiten présence d’eau sont ainsi couplés.

Le magma produit, moins dense que les rochesencaissantes, monte au sein du manteau et de lacroûte fracturant les roches ou empruntant le réseaude fissures préexistant.

gabbrosfeldspathpyroxène…

métagabbros(schistes verts)

actinote (amphibole)chlorite

albite…

métagabbros(schistes verts)

actinote (amphibole)chloritealbite…

métagabbros(schistes bleus)

glaucophane jadéite (pyroxène)…

p r e s s i o n ( G P a )

p r o f o n d e u r ( k m )

température (°C)200 400 600

2

1

50

75

25

schistes

verts

schistes

bleus

éclogites

1

1

2

hydratation de la

lithosphère

2 déshydratation de la

lithosphère qui subduit

G l n

c o n d i t i o n s n o n r é a l i s

é e s d a n s l a

n a t u r e

Couplage magmatisme-métamorphisme

eau

hydratation

déshydratation

eau

métagabbros

(schistes bleus)glaucophane

jadéite (pyroxène)…

métagabbros

(éclogites)grenat

jadéite (pyroxène)…

déshydratation

eau


7/10

C. Formation des rochesà partir du magma

● La cristallisation du magma : Au cours de l’as-cension du magma, sa température diminue entraî-nant la cristallisation de minéraux. Le liquides’appauvrit en élément chimique formant ces miné-

raux.

● La contamination par la croûte : le magma peutéchanger, au cours de son ascension, des élémentschimiques avec les roches qu’il traverse. Suivant lanature, océanique ou continentale de la croûte quele magma traverse, sa composition varie.

● Les mélanges de magma : le magma provenantdu manteau, peut provoquer, par augmentation detempérature au contact manteau/croûte, la fusion

partielle de la base de la croûte. Le résultat de cette

double fusion peut donner naissance à un magmaprovenant de la croûte ou à un mélange des mag-mas provenant de la croûte et du manteau.

D. Roches provenant de la croûteet du manteau, volcaniques

ou roches plutoniquesLa différence la plus importante entre ces deux typesde roches est la taille des minéraux ; les roches plu-toniques ont des minéraux plus gros à cause durefroidissement lent du magma, plusieurs dizainesde milliers d’années tandis que les roches volca-niques ont des minéraux plus petits car leur refroi-dissement est rapide, plusieurs heures ou plusieurs

jours.L’ensemble de ces phénomènes, liés à la subduction,

contribue à la croissance de la croûte continentale.

SYNTHÈSE


Échantillon d’andésite

09_03SYN_04

ptoto à intégrer


8/10


L’essentielLes zones de subduction sont le siège d’une importante activité magmatique caractéristique : volcanisme, mise en place de granitoïdes.Le magma se forme en profondeur par fusion partielle des péridotites du manteau de la plaquechevauchante, en présence d’eau. L’eau provient de la transformation des matériaux de la plaque

plongeante, soumis, lors de la subduction, à des conditions de température et de pression différentesde celles dans lesquelles ils se sont formés. Les roches de la lithosphère océanique plongeante setransforment en roches métamorphiques qui contiennent des minéraux caractéristiques des zonesde subduction, stables dans des conditions de haute pression et basse température. Cestransformations minéralogiques s’accompagnent d’une déshydratation.Le magma formé dans le manteau, moins dense que l’encaissant monte et peut se différencierformant des roches de compositions chimiques différentes.Selon que le magma arrive à la surface ou reste bloqué en profondeur, le temps de refroidissementdes matériaux diffère, les roches seront volcaniques, à structure microlithiques ou granitiques àstructure grenue.

déformations volcanisme

convergence

croûte océaniquehydratée

subductiontransfert descendant

de matière froide

s c h i s t e

s b l e

u s

D

É S H Y D R A T A

T I O N é

c l o g i t e

s

eau

•différenciationdu magma

• fusion partielledu manteau

en présence d’eau

isotherme1 000°C

magmatismetransfert deliquide et de

chaleur

M É T A M

O R P H I S

M E

sc hist es verts

convergence

plutonsprismed’accrétion

nuéeardente


9/10


10/10


a. Profil géologique.

NW SEItaliepéninsulaire

ensembleCorse-Sardaigne

ensembleEspagne-Provence

lithosphère océanique lithosphère continentale asthénosphère

b. Données sismiques et volcaniques.

Corse

S a r d a i g

n e

Tunisie

Sicile

Mer Ionienne

Italie

C a l a b

r e

A

B

100 km

450

400

300200

100

50

Eoliennes

MagnaghiVasilov

Marsili

200

isobathes des foyerssismiques (km)

volcans tholéitiquessous-marins

volcans calco-alcalins

d. Données géologiques.

Corse

S a r d a i g

n e

Tunisie

Sicile

Mer Ionienne

Italie

C a l a b

r e

A

B

100 km

Eoliennes

Magnaghi

Vasilov

Marsili

croûte continentalevolcans tholéitiques sous-marins

volcans calco-alcalinslithosphère océaniquesubduction

c. Données bathymétriques.

Corse

S a r d

a i g

n e

Tunisie

Sicile

Mer Ionienne

Italie

C a l a b

r e

A

B

100 km

iles Eoliennes

MagnaghiVasilov

Marsili

isobathes du fond marin (en m)

2 0

10001 0 0 0

2 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

2 0 0 0

1 0 0 0

3 6 0 0

1 0 0 0

3 0 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0

2 0 0 0

Conseils pour la résolution

● Repérer , sur le document b, la localisation des volcans et distinguer parmi eux ceux qui ont formé des laves de la com-

position d’un basalte des dorsales et ceux qui ont formé des

laves d’une composition voisine des andésites.

● Repérer , sur ce même document, la répartition des foyerssismiques en profondeur depuis la mer ionienne jusqu’au large

de la Corse.

● Repérer , sur le document d, la nature des fonds océaniquesdans les zones volcaniques, dans la mer ionienne, en bordure

de la Sicile et de la Calabre.● Rechercher , à partir de ces informations, les caractères d’unezone de subduction, et ceux d’une zone d’extension océanique.

Les utiliser pour justifier le profil construit.

exercice guidé

Phénomènes tectoniques en mer Tyrrhénienne

Le profil géologique (a) a été réalisé à partir de diverses données. Afin de justifier ceprofil : 1. Retrouver les arguments bathymétriques, géologiques et géophysiques qui ont permisde réaliser cette coupe (b, c, d). 2. Établir une relation entre eux.

Énoncé

Documents

activité magnétique