Le magmatisme en zone de subduction

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Le domaine continental et sa dynamique
Type : Restitution des connaissances | Année : 2013 | Académie : France métropolitaine
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Le magmatisme en zone de subduction
 
 

Le domaine continental et sa dynamique

Corrigé

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Ens. spécifique

svtT_1306_07_01C

 

France métropolitaine • Juin 2013

restitution des connaissances • 8 points

Les zones de subduction, domaines de convergence de la lithosphère, sont le siège d’une importante activité magmatique. Celle-ci aboutit à une formation de croûte continentale.

> Décrivez comment, dans un contexte de subduction, se met en place l’activité magmatique et précisez comment celle-ci intervient dans la production de nouveaux matériaux continentaux.

L’exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d’un schéma de synthèse.

Comprendre le sujet

  • Sujet classique, assez proche d’une simple restitution de connaissances, où le libellé suggère le plan à suivre. Pour donner un aspect cohérent et organisé à l’exposé, il faut essayer de mettre en évidence l’enchaînement des idées dans les titres des paragraphes.
  • En introduction, bien indiquer ce que signifie subduction afin de préciser les deux principaux problèmes à résoudre : d’une part, comment la plongée d’une lithosphère océanique froide contribue-t-elle à la genèse d’un magma, d’autre part, quelles sont les roches résultant du refroidissement de ce magma et qui témoignent de la production de nouveaux matériaux d’une croûte continentale ?
  • Bien mettre en évidence le couplage entre le métamorphisme de la lithosphère océanique en subduction, notamment de sa croûte, et la fusion partielle de la péridotite mantellique de la plaque chevauchante.
  • Consacrer suffisamment de temps à faire le schéma demandé en conclusion en traduisant bien que c’est la lithosphère océanique et pas seulement la croûte qui subducte. On peut, avec profit, le réaliser avant de commencer à rédiger l’exposé car il doit visualiser tous les points à développer et ainsi aider à la rédaction de la réponse.

Mobiliser ses connaissances

  • La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l’eau qu’elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.
  • Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d’origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.
Corrigé

Introduction

Au cours d’une subduction, une lithosphère océanique plonge sous une autre lithosphère. Un volcanisme de type explosif est l’une des caractéristiques les plus constantes des zones de subduction. Il traduit la genèse de magma qui accompagne la subduction. Dans un premier temps, nous envisagerons le mécanisme par lequel la plongée d’une plaque océanique froide dans le manteau plus chaud entraîne la genèse de magma. Nous verrons ensuite comment le refroidissement de ce magma conduit à la production de nouveaux matériaux continentaux.

I. Les transformations de la lithosphère océanique au cours de sa subduction

1. Les caractéristiques de la lithosphère qui subducte (1 sur le schéma bilan)

Après sa formation à l’axe d’une dorsale, la lithosphère océanique fracturée et peu épaisse est le siège d’une circulation d’eau de mer, lui faisant subir un métamorphisme hydrothermal. Il en résulte que la croûte océanique entrant en subduction est riche en minéraux hydroxylés : hornblende, actinote, chlorite. De même, la péridotite du manteau lithosphérique de la plaque plongeante est, au moins dans sa partie supérieure, métamorphisée en serpentinite, roche verdâtre riche en un minéral hydroxylé, la serpentine.

2. Le métamorphisme de la lithosphère en subduction (2 sur le schéma bilan)

Au cours de sa subduction, la croûte océanique se réchauffe lentement et est surtout soumise à des pressions de plus en plus importantes. Dans ces conditions, les minéraux qui laconstituent sont instables. En conséquence, à des profondeurs supérieures à 30-40 km, la croûte est le siège de réactions à l’état solide qui conduisent à la formation, avec perte d’eau de nouvelles associations minéralogiques, marquées en particulier par l’apparition du glaucophane, à partir des minéraux initiaux. On parle de métamorphisme dehaute pression et de basse température.

 

Info

Cette roche à minéraux non hydroxylés est une éclogite dont les minéraux principaux sont le grenat et la jadéite. Cette connaissance n’est ni indispensable ni exigible.

À plus grande profondeur (3 sur le schéma bilan), le métagabbro devient une roche à minéraux non hydroxylés. Ainsi, ce n’est pas à partir de matériaux de la lithosphère océanique subduite que prend naissance le magma. Sa subduction a une seule conséquence : la libération d’eau qui peut gagner la péridotite de la plaque chevauchante.

II. La genèse du magma

1. Le matériel à l’origine du magma (3 sur le schéma bilan)

Il n’existe pas de couche magmatique continue à l’intérieur du globe. Un magma provient donc toujours de la fusion d’une roche préexistante.

Malgré les variations de pente du panneau lithosphérique qui subducte, les volcans se trouvent à l’aplomb d’une zone où le toit de la lithosphère en subduction est à une profondeur de 100 km ou plus. La péridotite de la plaque chevauchante située à ces profondeurs subit une fusion partielle à l’origine du magma.

2. L’eau et la genèse du magma (3 sur le schéma bilan)

Les données thermiques indiquent que la température de la péridotite de la plaque chevauchante, vers 100 km de profondeur, est de l’ordre de 1 000 °C. Cette température est insuffisante pour entraîner la fusion partielle d’une péridotite anhydre du manteau soumise aux pressions régnant vers 100 km.

Les données expérimentales indiquent que l’eau abaisse la température de début de fusion de la péridotite. Ainsi, une péridotite hydratée, à 1 000 °C, sous une pression correspondant à celle qui règne à 100 km, subit une fusion partielle : certains minéraux fondent et sont à l’origine d’un magma.

La péridotite de la plaque chevauchante subit une fusion partielle car elle est hydratée grâce à l’eau libérée par les transformations minéralogiques subies par la lithosphère océanique en subduction. Il y a donc couplage du métamorphisme de subduction et du magmatisme.

III. Du magma aux roches de la croûte continentale

Ce magma est injecté dans les couches sus-jacentes, le manteau lithosphérique puis la croûte continentale où il est stocké dans des chambres magmatiques. Ce magma venu du manteau provoque la fusion partielle des roches continentales encaissantes : il y a mélange des deux magmas mantellique et granitique d’origine crustale.

Le magma résultant, arrivant en surface au cours d’éruptions volcaniques, engendre en se refroidissant des roches effusives microlitiques, andésite et rhyolites.

La rhyolite a une composition chimique proche de celle du granite. Ses minéraux essentiels sont le quartz et les feldspaths ; on y trouve également des minéraux ferromagnésiens hydroxylés (riches en ions HO-) comme la biotite et l’amphibole.

L’andésite, de couleur gris clair, ne contient pas de quartz. Ses minéraux sont essentiellement des feldspaths et des minéraux ferromagnésiens hydroxylés comme l’amphibole et la biotite.

La majeure partie du magma se refroidit en profondeur, donnant des roches plutoniques à structure grenue de type granitoïdes ayant une composition minéralogique proche de celle du granite.

Les roches de composition granitique étant caractéristiques de la croûte continentale, celles issues du magma (rhyolites, andésite, granitoïdes) contribuent à produire du matériel continental nouveau.

Conclusion

Si le magmatisme des dorsales engendre la croûte océanique (basaltes et gabbros), le magmatisme des zones de subduction donne naissance à des roches dont la composition se rapproche de celle de la croûte continentale (granitoïdes).

C’est l’hydratation de la croûte océanique au niveau de la dorsale et la subduction qui, par des mécanismes illustrés par le schéma bilan, permettent la genèse de la croûte continentale.


 

Schéma bilan