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Caractérisation du magmatisme en zone de subduction

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Objectifs
  • Connaitre l'origine du magma en zone de subduction.
  • Connaitre les types de roches magmatiques.
Points clés
  • L'eau est l'élément déclencheur de la fusion partielle des péridotites du manteau lithosphérique de la plaque chevauchante : cette fusion partielle du manteau est à l'origine des magmas.
  • L'eau est fournie par les réactions métamorphiques qui affectent les roches de la plaque plongeante.
  • Il existe deux types de roches magmatiques au niveau des zones de subduction :
    • des roches volcaniques de type andésite qui cristallisent en surface ;
    • des roches plutoniques de type granitoïde qui cristallisent en profondeur.
Pour bien comprendre
  • La subduction.
  • La structure interne de la Terre.
  • Transformations minéralogiques des roches de la croûte océanique, de leur création à leur subduction.
1. La production des magmas

Sur l'ensemble des roches produites en subduction, seules les roches volcaniques se forment en surface et sont directement observables et accessibles. Quant aux autres roches, elles ne sont accessibles que si on met en place des processus complexes pour les recueillir.

La lithosphère qui entre en subduction est une lithosphère riche en eau. Au fur et à mesure qu'elle s'enfonce, elle se réchauffe et va se déshydrater. De nombreux composés sont libérés (eau, dioxyde de carbone) et vont diffuser vers le haut, c'est-à-dire vers le manteau qui surmonte la plaque océanique, au-dessus du plan de Bénioff.
La température du manteau s'abaisse. Le point de fusion des péridotites du manteau étant abaissé par l'hydratation, il y a fusion et formation de magmas basaltiques qui vont monter dans le manteau puis dans la croûte chevauchante. Il y a libération de magmas en surface.

Pourquoi le volcanisme des marges actives peut-il être si explosif ?

Au fur et à mesure que le magma monte, la pression diminue et la solubilité des gaz contenus dans ce magma diminue aussi : il y a formation de bulles. Le magma épais et homogène se transforme peu à peu en un mélange de magma et de bulles qui va avoir tendance à remonter. Plus il monte, plus il se décomprime et plus la quantité de bulles formées augmente : le magma devient de plus en plus léger.

Le magma des zones de subduction est un magma de type andésitique, très visqueux et riche en gaz : les bulles formées sont petites, très nombreuses et forment une trame qui entraîne le magma. La quantité de gaz devient supérieure à celle du liquide, et le magma sort très violemment (des grosses bulles typiques d'un magma basaltique remontent plus lentement, entraînent moins le magma et le dégazage se fait en douceur avant l'éruption).

Une andésite est plus riche en silice qu'un basalte : ce détail a son importance quand on sait que la composition chimique d'une lave est liée à la viscosité du magma.

Certains magmas montent en surface et d'autres restent en profondeur où ils cristallisent.

2. Les différentes roches magmatiques

Il existe deux types de roches au niveau des zones de subduction :

  • des roches volcaniques de type andésite qui cristallisent en surface ;
  • des roches plutoniques de type granitoïde qui cristallisent en profondeur.
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Les roches émises en surface et constituant les édifices volcaniques sont typiquement des andésites associées à des produits variés. Ces laves très visqueuses riches en silice expliquent le caractère explosif du volcanisme de subduction.

Les roches plutoniques proviennent donc d'un magma qui ne peut gagner la surface : les bulles présentes dans le magma (= des diapirs) sont trop grosses et cristallisent avant d'atteindre le sommet. Une roche plutonique se forme donc par cristallisation très lente d'un magma en profondeur. Grâce à ce processus, la subduction fabrique de la croûte continentale (l'érosion dégage ces roches plutoniques au bout de plusieurs millions d'années).

 

3. Les réactions métamorphiques

Les roches de la croûte océanique enfouies dans les zones de subduction vont subir un métamorphisme sous l'action de la pression et de la température. À partir d'un certain seuil de pression et de température, des minéraux voisins réagissent ensemble pour donner de nouveaux minéraux stables. 
Les roches de la croûte océanique sont principalement des basaltes et des gabbros. Ceux-ci sont très hydratés et vont subir une déshydratation progressive au cours de la subduction : cette fuite d'eau contribue à hydrater le manteau de la plaque chevauchante et diminuer le point de fusion des péridotites comme cela a été décrit précédemment. Des minéraux très pauvres en eau se forment au fur et à mesure que le métamorphisme se déroule : schistes bleus et éclogites.

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