Avec les calculs du chapitre précédent, nous avons vu qu'il existe deux grands types de dorsales, les dorsales lentes et les dorsales rapides. On peut considérer qu'une dorsale lente, type médio-Atlantique, correspond à une vitesse d'expansion de 4/5 cm par an. Dans le cas des dorsales rapides, type Est-Pacifique, on est plutôt à des vitesses supérieures à 10 cm par an.
Cette différence de vitesse est le signe d'une différence de fonctionnement et donc d'une différence de morphologie.
Une dorsale lente présente un rift, c'est à dire une grande vallée centrale volcanique de plusieurs kilomètres de large bordée de falaises dues à l'activité de failles normales. le dénivelé peut atteindre 2000 mètres.Une dorsale rapide est constituée d'un dôme de quelques centaines de mètres de haut. Il n'y a pas de rift.
Fonctionnement d'une faille normale (d'extension)
Les mesures thermiques au niveau des dorsales
Nous avons vu qu'il existe deux méthodes pour enregistrer les phénomènes thermiques du globe :
— calculer le flux géothermique à partir des sondages effectués
— utiliser la tomographie sismique qui permet de connaître l'état du matériau et donc d'évaluer sa température.
Les deux méthodes donnent le même résultat : un flux de chaleur important se trouve au niveau des dorsales, l'anomalie la plus importante se situant juste en dessous de la surface.
Interprétation de la zone centrale de la dorsale
Afin de comprendre ce qui se passe au niveau de l'axe de la dorsale, on a effectué des mesures de sismique réflexion (cf exercice sur la profondeur du Moho) en faisant exploser de petites charges.
On constate qu'il existe une modification de la nature et de la vitesse des ondes dans une zone située au dessus du Moho. On appelle cette zone la chambre magmatique même si le magma, au sens strict, n'occupe qu'un tout petit volume en haut de cette chambre. Le reste est occupé par du matériau plus ou moins fondu partiellement.
Profil de sismique réflexion dans la dorsale est-Pacifique
Origine de la chambre magmatique
On a vu que les dorsales étaient des zones à fort flux géothermique. Pour simplifier, il faut imaginer que la Terre fonctionne comme une gigantesque cocotte-minute. Les dorsales servent à libérer l'énergie interne de la planète. Lorsqu'on observe les isothermes à différentes profondeurs, on constate que les dorsales sont des zones d'anomalies thermiques positives.
Cette augmentation de température entraine la fusion de la péridotite mantellique qui devient moins dense et à tendance à remonter vers la surface. C'est ainsi que se forme chambre magmatique (voir TP sur la fusion de la péridotite).
Isothermes dans la zone de dorsale
Elles sont caractérisées par l'existence d'une chambre magmatique importante. Le basalte éjectée refroidit très rapidement sous forme de boule. On parle de basalte en coussin ou pillow-lava.
Coupe d'une dorsale rapide
Pillow-lavas dans la zone d'Hawaï
Pillow-lavas émergés sur les côtes de Californie
Les dorsales lentes
La dorsale médio-atlantique est l'exemple-type de la dorsal lente. La différence la plus importante entre les deux types est la rareté des chambres magmatiques dans les dorsales lentes. La remontée du magma étant très peu importante, la mise en place dela croûte océanique se fait surtout par intrusion magmatique
La dorsale médio-Atlantique apparait en surface au niveau de l'Islande. C'est le seul cas connu de dorsale émergée.
Dans tous les types de dorsale le dynamisme magmatique est effusif.
Coupe d'une dorsale lente
Carte géologique simplifiée de l'Islande
Rift de Thingvellir en Islande
L'hydrothermalisme et l'hydratation de la lithosphère
En 1977, une équipe américaine découvre dans les zones de dorsales, l'existence de cheminées hydrothermales qui rejettent un fluide à haute température (jusqu'à 350 °C) chargé d'éléments provenant de la croûte.
Plus étonnant, ces cheminées hydrothermales sont le siège d'une vie intense et spécifique à ces zones. Il s'agit du seul écosystème connu ne dépendant pas de l'énergie solaire mais de bactéries chimiosynthétiques.
Ces cheminées hydrothermales sont alimentées par l'eau océanique qui s'infiltre dans les fissures de la croûte et est chauffée par le magma.
Schéma d'une cheminée hydrothermale
Cheminée hydrothermale sur une dorsale
Cheminée hydrothermale
Les "oasis" des grands fonds
Riftia pachyptila, l'animal le plus caractéristique de ces zones (environ 2,5 mètres)
L'hydratation des roches
On a vu qu'une circulation d'eau s'installe très rapidement dans la croûte et dans toute la lithosphère. Cela signifie que les roches vont être hydratées. L'hydratation provoque une modification chimique des minéraux présents. Plus la lithosphère s'éloigne de la dorsale plus cette transformation est importante.
La péridotite hydratée prend le nom de serpentinite.
Le gabbro est constituée de pyroxènes et de plagioclases. Si ces derniers résistent bien à l'hydratation, les pyroxènes se transforment en amphiboles.
Les phénomènes d'hydratation de la llthosphère océanique
Echantillon de serpentinite
Lame mince de serpentinite en LPA
Echantillon de gabbro à amphiboles
Lame mince de gabbro à amphiboles en LPNA. Une auréole d'amphibole entoure le pyroxène qui s'hydrate.
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