Fiche de révision : Géodynamique des dorsales et subductions

📋 Plan du Cours

1. Magmatisme et formation du magma au niveau des dorsales océaniques
2. Formation et caractéristiques de la croûte océanique aux dorsales rapides et lentes
3. Organisation et fonctionnement de la chambre magmatique dans une dorsale océanique
4. Métamorphisme hydrothermal et transformations physiques de la lithosphère océanique
5. Caractéristiques géologiques et géophysiques des zones de subduction
6. Métamorphisme des roches et hydratation du manteau dans les zones de subduction
7. Production de croûte continentale et types de roches magmatiques en zone de subduction
8. Déformations crustales et métamorphisme liés à la collision continentale post-subduction

📖 1. Magmatisme et formation du magma au niveau des dorsales océaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotherme 1300°C : Ligne imaginaire représentant la température de 1300°C, correspondant à la limite entre la lithosphère et l’asthénosphère, qui remonte avec l’ascension du manteau au niveau des dorsales.
• Remontée de l’asthénosphère : Mouvement ascendant du manteau asthénosphérique provoqué par l’étirement et l’amincissement de la lithosphère au niveau des dorsales, entraînant la montée des péridotites et une décompression à température quasi-constante.

📝 Points essentiels

• La remontée de l’asthénosphère provoque une baisse de pression à température quasi-constante des péridotites.
• Le magma formé remonte et s’accumule dans une chambre magmatique située à environ 5 km sous l’axe de la dorsale.

💡 À retenir

Le processus de formation du magma au niveau des dorsales océaniques résulte de la décompression adiabatique de la péridotite lors de la remontée de l’asthénosphère, provoquant sa fusion partielle entre 20 et 100 km de profondeur.

📖 2. Formation et caractéristiques de la croûte océanique aux dorsales rapides et lentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte océanique : Une couche de la lithosphère océanique formée par la solidification du magma au niveau des dorsales océaniques, constituée principalement de basaltes en surface et de gabbros en profondeur.

📝 Points essentiels

• Le magma qui atteint la surface forme des basaltes à structure microlithique par refroidissement rapide au contact de l’eau de mer.
• Le magma qui cristallise lentement en profondeur dans la chambre magmatique forme des gabbros à structure grenue.
• Les dorsales rapides produisent une croûte océanique épaisse (5 à 7 km) avec une expansion de 6 à 16 cm/an et un bombement large.
• Les dorsales lentes ont une production magmatique faible, une expansion inférieure à 6 cm/an, une croûte océanique peu épaisse voire absente avec affleurement de péridotite.
• Les zones de divergence sont des zones d’écartement de plaques lithosphériques. Les dorsales océaniques constituent des zones de divergence. Ce sont des reliefs larges de 2000 à 3000 km dont la crête culmine aux environs de 2500 m au-dessus des plaines abyssales qui parcourent l’ensemble des océans (longueur d’environ 60 000 km). Les dorsales sont le siège d’une activité magmatique qui assure la production d’une nouvelle croûte océanique. La lithosphère océanique en s’écartant de l’axe de la dorsale au cours de l’expansion océanique subit des transformations.

💡 À retenir

La vitesse d’expansion des dorsales influence l’épaisseur et la composition de la croûte océanique, avec une production magmatique abondante et une croûte épaisse aux dorsales rapides, et une production faible avec une croûte mince ou absente aux dorsales lentes.

📖 3. Organisation et fonctionnement de la chambre magmatique dans une dorsale océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chambre magmatique : Réservoir situé à environ 5 km sous l'axe de la dorsale où le magma formé s'accumule avant de remonter vers la surface.

📝 Points essentiels

• Le magma moins dense remonte vers la surface depuis la chambre magmatique située sous la dorsale.
• La cristallisation lente dans la chambre magmatique forme les gabbros en filons.
• La cristallisation rapide en surface forme les basaltes en coussins (pillow lavas).

💡 À retenir

La structure verticale d'une dorsale océanique comprend une chambre magmatique où le magma cristallise lentement en formant des gabbros, puis remonte rapidement pour former des basaltes en coussins à la surface, le tout séparé du manteau par le Moho.

📖 4. Métamorphisme hydrothermal et transformations physiques de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Faciès schistes verts : Ensemble de roches métamorphiques caractérisées par la présence de minéraux hydratés tels que la serpentine, l’hornblende et la chlorite, formées à basse pression et basse température.
• Lithosphère océanique : Partie rigide de la Terre constituée de la croûte océanique et de la partie supérieure du manteau, qui subit des transformations minérales et physiques en vieillissant.

📝 Points essentiels

• L’eau océanique s’infiltre dans la lithosphère océanique par des failles, provoquant un métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température.
• Les roches métamorphiques formées sont appelées métabasalte, métagabbro et métapéridotite du faciès schistes verts.
• Le faciès schistes verts comprend des minéraux hydratés comme la serpentine, hornblende et chlorite.
• Le refroidissement de la lithosphère océanique en s’éloignant de la dorsale provoque une subsidence thermique due à l’enfoncement progressif de l’isotherme 1300°C et à l’augmentation de densité.
• Le faciès schistes verts désignant les roches métamorphiques possédant des minéraux hydratés formés à basse pression et basse température (exemple : serpentine, hornblende, chlorite...).

💡 À retenir

L’eau océanique s’infiltre dans la lithosphère océanique par des failles, provoquant un métamorphisme d’hydratation à basse pression et basse température.

📖 5. Caractéristiques géologiques et géophysiques des zones de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Document : Source d'information ou de référence pour la compréhension des caractéristiques géologiques et géophysiques des zones de subduction.
• Fosse océanique : Relief négatif formé par l’enfoncement de la lithosphère océanique, marquant la frontière entre plaques en convergence.
• Arc volcanique : Relief positif constitué d’un alignement d’îles volcaniques (ex : archipel des Antilles) ou de volcans au sein d’une chaîne de montagne (ex : cordillère des Andes).

📝 Points essentiels

• Une zone de subduction est une convergence où une plaque océanique plonge sous une autre, avec une fosse océanique en relief négatif.
• L’arc volcanique, parallèle à la fosse, est constitué d’un alignement d’îles volcaniques ou de volcans continentaux.
• L’activité sismique présente un alignement de foyers de plus en plus profonds avec l’éloignement de la fosse, formant le plan de Wadati-Benioff.
• Les anomalies thermiques montrent un flux géothermique faible à la fosse et élevé à l’arc, liés à la lithosphère froide plongeante et au magma.

💡 À retenir

Les zones de subduction se caractérisent par une fosse océanique, un arc volcanique, une activité sismique profonde et des anomalies thermiques spécifiques, définissant leur relief et leur activité géophysique.

📖 6. Métamorphisme des roches et hydratation du manteau dans les zones de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• La subduction : Processus géologique où une plaque océanique plonge sous une autre plaque, entraînant une augmentation de la profondeur et des conditions de pression et température spécifiques.
• Péridotite du manteau : Roche ultramafique constituant le manteau supérieur, qui peut être hydratée et entrer en fusion partielle dans les zones de subduction.
• Schistes verts : schistes verts schistes bleus éclogites

📝 Points essentiels

• Les roches de la lithosphère océanique subissent un métamorphisme d’hydratation par hydrothermalisme en expansion océanique, formant des schistes verts.
• Lors de la subduction, les schistes verts subissent un métamorphisme haute pression – basse température, se transformant en schistes bleus puis en éclogites à grande profondeur.
• La déshydratation progressive des schistes libère de l’eau qui hydrate la péridotite du manteau chevauchant.
• La péridotite hydratée du manteau chevauchant entre en fusion partielle vers 100 km de profondeur, formant le magma des zones de subduction.
• Fusion partielle du manteau asthénosphérique TP N°26 : Le métamorphisme de la lithosphère océanique Vers 100 km de profondeur, la température est insuffisante pour faire entrer la péridotite sèche en fusion partielle.
• Vers 100 km de profondeur, la température est insuffisante pour faire entrer la péridotite sèche en fusion partielle. En effet, le géotherme de zone de subduction ne franchit jamais le solidus de la péridotite sèche. Par contre, ce géotherme franchit le solidus de la péridotite hydratée. C’est donc une péridotite hydratée qui entre en fusion partielle pour former le magma.

💡 À retenir

Les roches de la lithosphère océanique subissent un métamorphisme d’hydratation par hydrothermalisme en expansion océanique, formant des schistes verts.

📖 7. Production de croûte continentale et types de roches magmatiques en zone de subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Accrétion continentale : Processus par lequel les magmas formés en profondeur dans une zone de subduction remontent et forment la croûte continentale.
• Roches magmatiques volcaniques : Roches formées par refroidissement rapide du magma à la surface, avec une structure microlithique (ex : andésite, rhyolite).
• Roches magmatiques plutoniques : Roches formées par refroidissement lent du magma en profondeur, avec une structure grenue (ex : granite, diorite).

📝 Points essentiels

• Les roches magmatiques volcaniques ont une structure microlithique, formées par refroidissement rapide en surface.
• Les roches magmatiques plutoniques ont une structure grenue, formées par refroidissement lent en profondeur.
• Les roches magmatiques produites sont riches en silice, ce qui rend le magma visqueux et favorise les éruptions explosives.

💡 À retenir

La genèse des roches magmatiques continentales en zone de subduction est liée à la remontée de magmas riches en silice, formant des roches volcaniques ou plutoniques selon leur refroidissement.

📖 8. Déformations crustales et métamorphisme liés à la collision continentale post-subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Collision continentale : A l’échelle de la roche, la collision est responsable d’un métamorphisme des roches continentales sous l’effet d’une augmentation de pression et de température.
• Failles inverses : Ce sont des cassures séparant deux blocs rocheux dont l’un est venu surmonter l’autre.
• Nappes de charriage : Déformations à l'échelle kilométrique correspondant au déplacement de grandes masses rocheuses qui chevauchent des terrains plus récents, créant des contacts anormaux d'âge.
• Racine crustale : Épaississement de la croûte continentale en profondeur sous une chaîne de montagnes, caractérisé par un Moho plus profond.
• Déformations de la croûte continentale : Un contexte de collision

📝 Points essentiels

• L’épaississement se fait par empilements d’écailles crustales en surface et par formation d’une racine crustale en profondeur.
• Les failles inverses sont des cassures où un bloc rocheux chevauche un autre, témoignant des contraintes compressives.
• Les nappes de charriage sont des déformations à l’échelle du km, avec des terrains plus anciens chevauchés par des terrains plus récents.
• Le métamorphisme lié à la collision se manifeste par l’apparition de nouveaux minéraux et la réorientation des minéraux en feuillets parallèles sous contraintes.
• Lors de cette collision continentale et sous l’effet des contraintes compressives, la croûte continentale subit un raccourcissement horizontal compensé par un épaississement vertical.
• Cet épaississement se fait par empilements d’écailles crustales (grandes portions de croûte continentale) en surface ce qui crée des reliefs, mais aussi en grande partie en profondeur.

💡 À retenir

Les failles inverses sont des cassures où un bloc rocheux chevauche un autre, témoignant des contraintes compressives.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des dorsales rapides et lentes

Processus de métamorphisme en zone de subduction

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre la formation de la croûte océanique aux dorsales rapides et lentes.
2. Erreur dans la localisation de la chambre magmatique.
3. Confusion entre métamorphisme d'hydratation et métamorphisme thermique.
4. Mélanger la subduction avec la collision continentale.
5. Confusion entre la composition des roches métamorphiques et magmatiques.
6. Erreur dans la compréhension du processus de fusion partielle dans la zone de subduction.
7. Confusion entre les processus de déformation crustale et métamorphisme.

✅ Checklist Examen

1. Maîtriser le processus de formation du magma aux dorsales.
2. Savoir différencier dorsale rapide et lente.
3. Comprendre le métamorphisme d'hydratation en zone de subduction.
4. Identifier les minéraux caractéristiques du faciès schistes verts.
5. Connaître la structure verticale d'une dorsale océanique.
6. Différencier la croûte océanique et continentale.
7. Comprendre le rôle de la déshydratation dans la fusion partielle.
8. Savoir localiser la chambre magmatique.
9. Maîtriser les déformations liées à la collision continentale.
10. Identifier les caractéristiques géophysiques d'une zone de subduction.
11. Différencier schistes verts, bleus et éclogites.