Fiche de révision : Structures et dynamique de la lithosphère

📋 Plan du Cours

1. Structure et composition de la lithosphère océanique observée à la faille Véma
2. Types de dorsales et failles associées à la divergence des plaques
3. Fusion partielle, cristallisation et formation des roches magmatiques à la dorsale
4. Refroidissement, métamorphisme et destruction de la lithosphère océanique
5. Roches magmatiques et plutoniques des zones de subduction et leur composition
6. Fusion hydratée dans les zones de subduction et rôle de l’eau issue des métagabbros
7. Structures tectoniques liées à la collision continentale : plis, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage
8. Épaississement crustal dans les chaînes de montagnes : racine crustale et observations géophysiques ECORS

📖 1. Structure et composition de la lithosphère océanique observée à la faille Véma

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère océanique : Les zones de subduction

📝 Points essentiels

• La faille transformante Véma permet l'observation directe d'une tranche de lithosphère océanique décalant deux blocs de dorsale.
• La lithosphère océanique est composée en surface de basaltes en coussins, suivis de gabbros avec filons de basalte (complexe filonien), puis de gabbros massifs et enfin de péridotites du manteau lithosphérique.
• Les basaltes en coussins résultent du refroidissement rapide de la lave au contact de l'eau, formant des structures arrondies distinctives.
• De gabbros présentant des filons de basalte (complexe filonien)
• Chapitre 3 La dorsale et la formation de la lithosphère océanique

💡 À retenir

L'étude de la faille Véma révèle la structure stratifiée de la lithosphère océanique, superposant basaltes en coussins, complexe filonien, gabbros massifs et péridotites, observable directement.

📖 2. Types de dorsales et failles associées à la divergence des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsales lentes : Segments de dorsales océaniques où la vitesse de divergence des plaques est comprise entre 3 et 6 cm par an, caractérisés par un profil central creux appelé rift océanique, avec un affleurement du manteau lithosphérique en surface.
• Dorsales rapides : Segments de dorsales océaniques où la vitesse de divergence des plaques est comprise entre 6 et 10 cm par an ou plus, présentant un profil central bombé dominé par des basaltes et des gabbros.
• Failles normales : Cassures résultant d'une extension horizontale provoquant un effondrement des structures, notamment au niveau des dorsales, où elles créent des blocs soulevés et effondrés.
• Failles transformantes : Cassures verticales caractérisées par un mouvement de coulissement horizontal, provoquant un décalage latéral des structures au niveau des dorsales.
• Types de dorsales : Lentes et rapides

📝 Points essentiels

• Les dorsales lentes ont un profil creux avec le manteau lithosphérique affleurant en surface, tandis que les dorsales rapides ont un profil bombé dominé par des basaltes et gabbros.
• Les failles normales résultent d'une extension horizontale, provoquant un effondrement des structures au niveau des dorsales.
• Les failles transformantes sont des cassures verticales avec un mouvement de coulissement horizontal, créant un décalage latéral des structures.
• Les horsts et grabens sont des blocs soulevés et effondrés créés par des failles normales conjuguées au niveau des dorsales.
• Les dorsales lentes (Atlantique 3 à 6 cm/an) ont un profil central creux (rift océanique) et le manteau lithosphérique affleure (présent en surface)

💡 À retenir

Les dorsales lentes ont un profil creux avec le manteau lithosphérique affleurant en surface, tandis que les dorsales rapides ont un profil bombé dominé par des basaltes et gabbros.

📖 3. Fusion partielle, cristallisation et formation des roches magmatiques à la dorsale

🔑 Notions clés & Définitions

• Basaltes en filons : Roches volcaniques microlitiques produites par refroidissement rapide du magma en surface, souvent sous forme de basaltes en coussins.
• Fusion partielle : Processus par lequel la péridotite asthénosphérique subit une fusion partielle induite par une décompression adiabatique lors de sa remontée sous la dorsale, produisant un magma.

📝 Points essentiels

• Le magma issu de cette fusion partielle s'accumule dans une chambre magmatique sous la dorsale avant de remonter vers la surface.
• En profondeur, le refroidissement lent du magma produit des gabbros holocristallins à structure grenue.
• En surface, le refroidissement rapide du magma produit des basaltes hémicristallins microlitiques, notamment sous forme de basaltes en coussins.

💡 À retenir

Le magma issu de cette fusion partielle s'accumule dans une chambre magmatique sous la dorsale avant de remonter vers la surface.

📖 4. Refroidissement, métamorphisme et destruction de la lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte continentale : Couche superficielle de la lithosphère caractérisée par une composition granitique et une densité inférieure à celle de la lithosphère océanique.
• Manteau asthénosphérique : Zone du manteau supérieur située sous la lithosphère, caractérisée par une température et une pression permettant une faible viscosité et un comportement ductile.
• Isotherme 1300 : Ligne thermique correspondant à une température de 1300°C qui délimite la base de la lithosphère et le début de l'asthénosphère.
• Volcans de subduction : Volcans formés dans les zones de subduction, dont la composition magmatique varie selon la nature de la croûte traversée, généralement andésitique en contexte océanique et rhyolitique en contexte continental.

📝 Points essentiels

• Le refroidissement progressif de la lithosphère océanique éloignée de la dorsale entraîne un épaississement et une augmentation de densité, provoquant sa subsidence dans le manteau.
• Les gabbros subissent également un métamorphisme hydrothermal, se transformant en métagabbros caractérisés par la présence d'hornblende (amphibole).
• La lithosphère océanique, plus dense que la lithosphère continentale, est détruite par subduction, fondant généralement entre 600 et 700 km de profondeur et réintégrée dans le manteau asthénosphérique.
• Croûte continentale Croûte océanique Manteau lithosphérique Manteau asthénosphérique (asthénosphère)

💡 À retenir

Le cycle de vie de la lithosphère océanique comprend son refroidissement et épaississement, son métamorphisme hydrothermal induit par l'eau infiltrée, puis sa destruction par subduction avec réintégration dans le manteau asthénosphérique.

📖 5. Roches magmatiques et plutoniques des zones de subduction et leur composition

🔑 Notions clés & Définitions

• Roches magmatiques : Les roches formées par la solidification du magma ou de la lave, qui peuvent être volcaniques ou plutoniques selon leur mode de refroidissement.
• Zones de subduction : Des régions où une plaque lithosphérique plonge sous une autre, caractérisées par un magmatisme intense et un volcanisme explosif associé à des roches riches en silice.

📝 Points essentiels

• Les roches volcaniques des zones de subduction sont riches en silice (>55% SiO2) et comprennent la rhyolite (claire) et l'andésite (plus sombre).
• Ces roches volcaniques ont une structure microlithique ou hémicristalline, indiquant un refroidissement rapide en surface.
• Les roches plutoniques associées sont le granite (associé à la rhyolite) et la diorite (associée à l'andésite), caractérisées par une structure grenue due à un refroidissement lent en profondeur.
• La composition minéralogique des granitoïdes comprend quartz, feldspaths (orthose et plagioclase), mica, hornblende et pyroxènes selon le type de roche.
• Le volcanisme explosif des zones de subduction est lié à la viscosité élevée des magmas riches en silice.
• L’ensemble de la roche est entièrement cristallisé | GRANITE | DIORITE | Refroidissement lent Roche plutonique d’origine profonde | | | | Magma riche en silice (entre 65 et 75%) | Magma moyennement riche en silice (entre 50 et 60%) | Vitesse de refroidissement Un refroidissement lent est favorable au développement des cristaux Chimie du magma | Structure d’une zone de subduction et conditions peu propice à la fusion Les conditions de pression et de température sont peu propices à la fusion des roches.
• Les roches plutoniques associées Ces roches volcaniques sont associées à des roches magmatiques plutoniques (RMP) : le granite (Qz, Fd, Mica) et la diorite (Qz, Fd, Mica, Hb).

💡 À retenir

Les roches volcaniques des zones de subduction sont riches en silice (>55% SiO2) et comprennent la rhyolite (claire) et l'andésite (plus sombre).

📖 6. Fusion hydratée dans les zones de subduction et rôle de l’eau issue des métagabbros

🔑 Notions clés & Définitions

• Métagabbros : L’augmentation continue de profondeur et de pression contribue à la formation de minéraux déshydratés (glaucophane des F.

📝 Points essentiels

• Les métagabbros subissent un métamorphisme hydrothermal formant des minéraux hydratés (hornblende, chlorite, actinote, épidote), puis un métamorphisme haute pression/basse température expulsant de l'eau par déshydratation (glaucophane, grenat).
• L'eau libérée par la déshydratation des métagabbros induit la fusion partielle hydratée du manteau lithosphérique de la plaque chevauchante, produisant des magmas andésitiques ou rhyolitiques.
• Le magma produit est moins dense que le manteau et remonte vers la surface, alimentant le volcanisme explosif des zones de subduction.
• Plan : Les roches des zones de subduction (TP6) La fusion hydratée : un apport d'eau nécessaire (TP6) L'origine de l'eau par les métagabbros (TP7) La présence de pâte (roche hémicristalline) et de petit minéraux (roche microlithique) permettent de déduire que le magma a refroidit brutalement en surface.

💡 À retenir

L'eau issue de la déshydratation des métagabbros joue un rôle crucial en abaissant le solidus de la péridotite, favorisant la fusion partielle hydratée du manteau et la formation de magmas andésitiques ou rhyolitiques responsables du volcanisme explosif dans les zones de subduction.

📖 7. Structures tectoniques liées à la collision continentale : plis, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage

🔑 Notions clés & Définitions

• Pli anticlinal : Structure tectonique convexe en forme de bosse où les couches géologiques les plus anciennes occupent le centre, résultant du raccourcissement et contribuant à l'épaississement des terrains.
• Pli synclinal : Structure tectonique concave en forme de creux où les couches géologiques les plus récentes occupent le centre, formée par le raccourcissement et participant à l'épaississement des terrains.
• Plis : Déformations des couches rocheuses en ondulations résultant du raccourcissement tectonique, qui contribuent à l'épaississement vertical de la croûte.
• Failles inverses : Des cassures franches au sein des roches.
• Chevauchements et nappes de charriage : 3- Les chevauchements et nappes de charriage (voir p186-187)

📝 Points essentiels

• Les plis anticlinal sont convexes avec les couches anciennes au centre, tandis que les synclinaux sont concaves avec les couches récentes au centre.
• Les chevauchements résultent de failles inverses prolongées où un compartiment glisse sur un autre, pouvant former des nappes de charriage dépassant un kilomètre d'épaisseur.
• Les nappes de charriage présentent des zones érodées (fenêtres) et des fragments isolés (klippes), avec des contacts discordants entre unités chevauchantes et chevauchées.
• Les failles inverses ont un pendage (angle) modéré : elles sont assez inclinées.

💡 À retenir

Les structures tectoniques majeures telles que plis, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage traduisent le raccourcissement et l'épaississement crustal lors de la collision continentale.

📖 8. Épaississement crustal dans les chaînes de montagnes : racine crustale et observations géophysiques ECORS

🔑 Notions clés & Définitions

• Faille : Cassure dans la roche caractérisée par un décalage entre les deux compartiments qu'elle sépare.
• Himalaya : Plus la chaîne a une altitude élevée, plus le Moho est profond (ex : Himalaya : 8800 m d’altitude, Moho à 70 km alors que Alpes : 4500 km et Moho à 45 km de profondeur).
• Racine crustale : Partie profondément épaissie de la croûte continentale située sous les chaînes de montagnes, correspondant à l'épaississement en profondeur de la croûte.

📝 Points essentiels

• Les chaînes de montagnes présentent un Moho situé entre 40 et 70 km, plus profond pour les chaînes plus élevées comme l'Himalaya à 70 km.
• La racine crustale désigne la partie épaissie de la croûte sous les chaînes de montagnes, correspondant à l'épaississement profond.
• Le programme ECORS utilise la réflexion sismique pour identifier des plis, failles inverses, chevauchements et écailles crustales à l'échelle de la croûte.
• Les écailles crustales sont des chevauchements multiples traduisant un empilement tectonique complexe lors de la collision.

💡 À retenir

Les chaînes de montagnes présentent un Moho situé entre 40 et 70 km, plus profond pour les chaînes plus élevées comme l'Himalaya à 70 km.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des dorsales lentes et rapides

Structures tectoniques liées à la collision continentale

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre dorsales lentes et rapides en raison de leur profil et composition.
2. Mélanger failles normales et transformantes, qui ont des mécanismes différents.
3. Confondre la fusion partielle en profondeur et la cristallisation en surface.
4. Oublier le rôle de l'eau dans la fusion hydratée lors de la subduction.
5. Confusion entre la racine crustale et la croûte superficielle.
6. Mélanger la composition des roches magmatiques en zones de subduction.
7. Confondre la profondeur du Moho selon la chaîne de montagne.

✅ Checklist Examen

1. Identifier la structure stratifiée de la lithosphère océanique.
2. Différencier dorsales lentes et rapides par leur profil et composition.
3. Expliquer le processus de fusion partielle à la dorsale.
4. Comprendre le rôle de l'eau dans la fusion hydratée en subduction.
5. Reconnaître les structures tectoniques liées à la collision continentale.
6. Localiser la racine crustale sous les chaînes de montagnes.
7. Utiliser la réflexion sismique pour étudier la croûte.
8. Comparer la composition des roches magmatiques en zones de subduction.
9. Expliquer le cycle de vie de la lithosphère océanique.
10. Différencier la croûte continentale et océanique.