jeudi 27 février 2014

Genèse des magmas de subduction et matériaux continentaux (TS)

Les roches magmatiques se répartissent selon leur composition chimique, et particulièrement selon leur richesse en silice. A partir d'un magma donné, on pour obtenir une roche plutonique, de texture grenue et entièrement cristallisée et une roche éruptive, de structure microlitique et incomplètement cristallisée, selon les conditions de refroidissement.
Le tableau suivant fixe quelques couples de roches plutoniques/éruptives : au dessus les roches éruptives, en dessous les roches plutoniques.

Quelle est l'origine des magmas de subduction ?
Une petite expérience analogique va nous permettre de comprendre mieux le problème. Si on fait chauffer à la même température la même quantité de sucre, sec dans un cas et humide dans l'autre, on constate que le sucre humide fond plus vite que le sucre sec.
On a analysé les péridotites de différentes zones notamment la péridotite de la lithosphère océanique et de la lithosphère de subduction :

On constate que la péridotite de zone de subduction est plus hydratée que la péridotite de zone de dorsale. On peut donc supposé qu'un phénomène analogue à celui du sucre se produit dans la péridotite.
Un certain nombre d'études expérimentales ont permis d'établir des courbes de fusion des roches. Dans le cas de la péridotite, on obtient les résultats suivants :

On constate que dans le graphe du bas, la zone de liquidus partiel de la péridotite hydratée recoupe la géotherme de subduction ce qui n'est pas le cas pour une péridotite anhydre. Dans le cas de la péridotite hydratée, on a une fusion partielle à 15% de la péridotite.
A quelle profondeur se situe la fonte de la péridotite ?
Sur le graphe ci dessus, on constate que cette fusion se produit expérimentalement entre 80 et 160 km de profondeur. En analysant le tracé des plans de Benioff de différentes subduction, on peut préciser cette profondeur :

Tous les plans de Benioff se recoupent à 100 km de profondeur. c'est donc à cette profondeur que se situe la chambre magmatique. La péridotite hydratée a donc pour origine le manteau lithosphérique.
On peut ainsi faire un schéma-bilan du fonctionnement d'une subduction :

Les adakites et la formation de la croûte continentale
Pour avoir une idée de la genèse de la croûte continentale, on peut s'arrêter à un cas particulier de magmatisme des zones de subduction : la mise en place des adakites. Les adakites sont des roches qui ressemblent à des andésites.

Elles apparaissent dans des zones où la subduction s'exerce sur une lithosphère océanique jeune (moins de 20 millions d'années), comme en Patagonie.



Si on fait une analyse minéralogiques des adakites, on constate que ces roches contiennent des traces de hornblende et de grenats.

La présence de ces minéraux présents dans les roches métamorphiques de la croûte subduite (schiste bleu, éclogite) montre que le formation des adakites provient non seulement de la fusion de la péridotite mais aussi de la fusion d'une partie de la croûte plongeante.
On considère aujourd'hui que la majorité de la croûte continental a été formée pendant une période géologique appelée l'Archéen.


Il existe encore de nombreuses zones où des roches formées à cette période sont présentes, voire à
l'affleurement.

En rouge, les terrains affleurants. En jaune, les terrains recouverts par des couches sédimentaires.

Une roche archéenne (-3,8 milliards d'années) au Grønland

Durant la période archéenne la Terre est une planète beaucoup plus chaude, comme le montre le graphe suivant :

Cela signifie que le turn-over des matériaux est beaucoup plus rapide. La mise en place de matériaux continentaux va donc être beaucoup plus rapide puisque les zones de renouvellement et de disparition de croûte océaniques sont plus nombreux.

On a pu reconstitué le géotherme de la période archéenne et le comparer au géotherme actuel. On constate que pour une pression équivalente, la température terrestre est beaucoup plus élevée à l'Archéen :

On peut constater que le liquidus partiel du basalte hydraté ne coupe jamais le géotherme actuel pour une croûte supérieur à 20 millions d'années alors que ce n'est pas le cas pour le géotherme archéen. Cela signifie que la croûte basaltique fondait lors des subductions archéenne, de la même façon que ce qui se passe dans la formation des adakites. Cette fusion de la croûte plongeante explique aussi le volume énorme de croûte continentale formée pendant l'Archéen.















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