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CONVERGENCE ET SUBDUCTION Les acquis de 1°S, dossier de Briançon Au niveau des

CONVERGENCE ET SUBDUCTION Les acquis de 1°S, dossier de Briançon Au niveau des dorsales, se forme de la lithosphère océanique, par divergence et remontée du magma. Le volume de la Terre étant constant, cet accroissement de lithosphère dans les zones de divergence doit être compensé par la disparition d’une surface équivalente de lithosphère dans la zone de convergence. La convergence a pour conséquence une disparition de lithosphère océanique par subduction et une formation de reliefs par collision. I La convergence se traduit par la disparition de la lithosphère océanique dans le manteau, ou subduction La lithosphère océanique s ‘enfonce (plaque plongeante) sous la marge active d’une plaque chevauchante comprenant une croûte continentale ou une croûte océanique sur du manteau supérieur. 1° Les marqueurs de la subduction TP1 - des marqueurs morphologiques ,un relief particulier : le plongement de la lithosphère océanique détermine 2 anomalies au même endroit:l’une négative avec la présence d’une fosse océanique ou d’un bassin arrière-arc (Japon), l’autre positive avec une importante chaîne de montagne (ex : Andes) ou un arc insulaire (Antilles, Japon) - des marqueurs géophysiques : • Une forte activité sismique : la répartition des foyers des séismes selon un plan incliné dit de Wadati- Benioff. C’est essentiellement le long de la plaque plongeante que se produisent les séismes. Les foyers deviennent de plus en plus profonds lorsqu’on s’éloigne de la fosse, en parcourant la plaque chevauchante. • Une répartition particulière des flux de chaleur (c p.191) le flux thermique faible au niveau de la fosse, à l’aplomb du plongement de matériel froid en profondeur et un flux thermique élevé lié au magmatisme D’où la distribution géométrique des séismes matérialise le plongement d’une portion rigide de lithosphère froide à l’intérieur du manteau plus chaud et plus ductile (n°4A p.205) • Un volcanisme de type explosif : volcans alignés, parallèles à la subduction, à environ 300km de la fosse, dans la plaque chevauchante (Andes) ou en arc insulaire (Antilles) Ces marqueurs attestent que la subduction résulte de mouvements verticaux, entretenant la convection mantellique - des marqueurs géologiques : • Des déformations lithosphériques importantes, d’où épaississement et raccourcissement litlosphérique avec : - des structures tectoniques (coupe de Cusco Andes) avec : - des plis, témoins d’un raccourcissement lithosphérique d’où une convergence - des failles parallèles à la subduction, souvent inverses, témoins d’une convergence et à l’origine des séismes - des chevauchements - un prisme d’accrétion à profil sismique à côté de la fosse : les sédiments océaniques très déformés sont entassés en écailles superposées et témoignent d’une compression importante (n°2 p.201) • Une activité magmatique importante avec plutonisme (de type granitoïde) et volcanisme (de type andésitique) associés. Leur composition chimique semblable indique qu’elles se forment à partir d’un même magma. On peut faire une datation relative de ces différents phénomènes 2° Moteur de la subduction L’évolution de la lithosphère océanique qui s’éloigne de la dorsale (donc vieillit) s’accompagne d’une augmentation de sa densité, jusqu’à dépasser la densité de l’athénosphère : cette différence de densité est l’un des principaux moteurs de la subduction. - au niveau de la dorsale : la lithosphère océanique est mince et chaude, « flotte » sur l’asthénosphère car moins dense - en s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique vieillit, se refroidit donc devient plus dense que l’asthénosphère. A la faveur de mouvements de compression, elle se désolidarise de l’asthénosphère. Au niveau de la fosse, on voit la « flexion » de la plaque océanique qui commence sa subduction . II Les zones de subductions sont le siège d’une importante activité magmatique caractéristique TP2 1° La subduction fabrique de la croûte continentale Dans les zones de subduction actuelles ou anciennes coexistent des roches volcaniques (andésite, rhyolite, à structure microlitique, cristallisent en surface, lors d’éruption) et des roches plutoniques (granitoïdes, à structure grenue, cristallisent en profondeur, formant des plutons, dégagés par l’érosion) dans les chaînes de montagne, créant une quantité considérable de croûte continentale. Tout cela traduit une importante activité magmatique dans ces zones, et donc quel mécanisme par lequel la plongée d’une lithosphère océanique froide dans le manteau plus chaud peut entraîner la genèse de magma ? 2° L’origine de la formation des magmas a) Le matériel qui subit la fusion partielle Il n’existe pas de couche magmatique à l’intérieur du globe, donc un magma provient toujours de la fusion partielle d’une roche préexistante. Les volcans se trouvent à l’aplomb d’une zone où le toit de la lithosphère subductée est à 100km ou plus. Or cet endroit est formé de péridotites de la plaque chevauchante qui doit subir la fusion partielle à l’origine des magmas. b) L’eau, le facteur entraînant la fusion partielle de la péridotite voir graphe La mesure du flux de chaleur indique que la T° de la péridotite vers 100km de profondeur est de l’ordre de 1000°C, inférieure à celle qui est nécessaire pour entraîner sa fusion partielle. Or des données expérimentales indiquent que l’eau abaisse la T° de fusion des péridotites, son solidus : une péridotite hydratée, à 1 000°C, sous une pression correspondant à celle qui règne à 100km ou plus, franchit son solidus. Elle subit une fusion partielle : certains minéraux fondent et sont à l’origine du magma. Le magma provient de la fusion partielle des péridotites au-dessus du plan de Bénioff, cette fusion est due à l’hydratation du manteau. 3°Mécanismes par lesquels la lithosphère océanique libère de l’eau a) Les caractéristiques de la lithosphère (surtout de sa croûte) qui subducte. La lithosphère océanique, et en particulier sa croûte formée de basaltes en coussins et de gabbros, s’est formée au niveau d’une dorsale océanique. La croûte, formée par refroidissement du magma basaltique engendré à la dorsale, est initialement chaude, à une température de 600 à 700 degrésC. Elle est en plus fracturée, faillée par suite des forces d’extension en œuvre aux dorsales. Il en résulte une circulation d’eau de mer à l’intérieur de la croûte et celle-ci subit un léger métamorphisme hydrothermal. A partir des minéraux initiaux du gabbro ( felspath plagioclase et pyroxène), il y a des réactions métamorphiques à l’état solide qui conduisent à la formation de minéraux hydroxylés,( hornblende puis chlorite et actinote), à plus faible température (lorsque la croûte s’éloigne de la dorsale) formant des métagabbros ou schistes verts. La péridotite du manteau peut être aussi métamorphisée en serpentinite, roche verdâtre riche en minéraux hydroxylés, les serpentines. C’est donc une lithosphère, et surtout une croûte riche en minéraux hydroxylés, qui s’éloigne de la dorsale et arrive au niveau d’une zone de subduction. b) Le métamorphisme de la croûte en cours de subduction. Au cours de sa subduction, la croûte océanique va se réchauffer lentement et surtout être soumise à des pressions de plus en plus importantes : le long du plan de Benioff, les roches de la lithosphère océanique sont déformées , se transforment et se déshydratent ; des minéraux caractéristiques des zones de subduction apparaissent. En conséquence, à des profondeurs supérieures à 30-40 km, la croûte est le siège d’un métamorphisme de basse température et haute pression (HP ; BT°) qui aboutit à la formation de nouveaux minéraux tel le glaucophane des schistes bleus. Finalement, vers 50 km à 100km, le métagabbro est transformé en une roche appelée éclogite formée par une association de grenat rouge et d’un pyroxène vert, la jadéite ; et du quartz. (métamorphisme de HP, BT°). Vers 100Km de profondeur, la libération d’eau par la lithosphère subduite est maximale. Le fait important est que les minéraux de l’éclogite ne sont pas hydroxylés. Les réactions métamorphiques affectant la croûte subductée libèrent donc beaucoup d’eau. C’est cette eau provenant de la deshydratation des roches de la plaque plongeante qui est à l’origine du déclenchement de la fusion partielle de la péridotite chevauchante. Il s’explique cependant par un couplage du métamorphisme de subduction et du magmatisme (le métamorphisme de type éclogite a lieu vers 100km de profondeur et 4OO à 600° mais le manteau entourant la plaque en subduction est à une température de 800°C ; l’injection d’eau dans ce manteau déplace le solidus vers une T° plus faible et permet la fusion partielle des péridotites) ce sont les réactions métamorphiques affectant la croûte subductée qui libèrent l’eau, entraînant la fusion partielle de la péridotite d’où la formation des magmas à l’origine des roches magmatiques. Sujets de type I : • Les mouvements des plaques tectoniques lithosphériques peuvent se classer en trois grands types :la divergence, la convergence et le coulissage. Exposez les conséquences de la convergence de la lithosphère. Votre exposé sera accompagné de schémas. • En vous basant sur le principe de l’actualisme, expliquez comment on peut reconnaître dans des terrains datés de plusieurs millions d’années, les traces d’une ancienne subduction. • Indiquez, en les explicitant, les marqueurs d’une subduction actuelle et d’une subduction passée. • Expliquez comment la plongée d’une lithosphère océanique entraîne la genèse d’un magma à l’origine du volcanisme des zones de subduction. Vous illustrerez vos explications par un schéma situant les différents éléments d’une zone de subduction entrant en jeu • Reliez les informations apportées uploads/Geographie/ c-subduction-1.pdf