Caractéristiques topographiques et géologiques d'une marge

La topographie des fonds océaniques est réalisée depuis la surface par des navires équipés de sonars puissants.

Près de la moitié des fonds océaniques est représentée par les plaines abyssales à peu près planes, dont la profondeur moyenne est d'environ 4000 mètres. A l'approche des marges actives, la frontière de plaques est marquée par la présence de reliefs négatifs,les fosses océaniques : le fond océanique s'abaisse et dessine une fosse étroite et très profonde pouvant aller jusqu'à plus de 10 000 mètres de profondeur.

On trouve aussi dans ce dispositif de subduction des reliefs positifs : au-delà des fosses océaniques se trouvent des chaînes volcaniques.
Ces chaînes se présentent sous différentes formes ; les fosses océaniques peuvent ainsi être associées :
• soit à un arc insulaire (convergence entre deux plaques océaniques et formation d'un chaînon de volcans, suite d'îles volcaniques isolées disposées en arc ; ex. : marge asiatique du Pacifique) ;
• soit à une chaîne de montagnes récentes bordant un continent (convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale) : on parle de cordillères (ex. : cas du continent américain).
 

C'est au niveau des marges océaniques actives que se trouvent les volcans les plus célèbres et les plus dangereux de la planète : le Pinatubo aux Philippines, le Mont St-Helens aux USA, la ceinture de feu du Pacifique, la région des Antilles, etc.

Les éruptions volcaniques provoquent des dégâts considérables dans les zones habitées et se caractérisent par une violence extrême, les explosions pouvant décapiter le sommet du volcan.

Une zone marquée par un magmatisme intense, c'est-à-dire un volcanisme violent, est appelée arc magmatique.

L'activité sismique des zones de subduction est particulièrement intense, ce qui traduit d'importants mouvements tectoniques en profondeur.
La majorité des séismes au niveau de ces marges sont des séismes profonds dont les foyers peuvent être très profonds, jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres.

Dans une région tectonique stable, la température augmente de façon régulière avec la profondeur ; en revanche, au niveau d'une zone de subduction il existe des anomalies thermiques.
Les plaques lithosphériques qui s'enfoncent dans l'asthénosphère sont froides, alors que l'asthénosphère est chaude : la lithosphère se réchauffe très lentement au fur et à mesure qu'elle s'enfonce, mais l'équilibre thermique n'a pas le temps de se réaliser. La plaque plongeante reste alors anormalement froide et rigide jusqu'à des profondeurs très basses.
Le flux de chaleur ou flux thermique est alors très faible sous la fosse (anomalie négative) et élevé sous l'arc magmatique (anomalie positive).
Le flux thermique correspond à la quantité de chaleur évacuée par unité de surface et par seconde ; il est lié à l'écart de température entre deux régions de profondeurs différentes.

Illustration animée : Les plaques lithosphériques.
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Au niveau des marges actives, la lithosphère est très déformée. L'étude du plancher océanique et de sa topographie met en évidence cette déformation. La plaque qui s'enfonce dans l'asthénosphère entraîne la création de reliefs typiques : plis et failles dites inversées.

Les nombreuses contraintes et compressions dues à l'affrontement des deux plaques sont à l'origine de mouvements horizontaux qui vont entraîner les sédiments qui reposent sur le plancher océanique ; ceux-ci vont s'accumuler contre la plaque chevauchante et former des structures caractéristiques appelées prismes d'accrétion sédimentaire. Ces prismes correspondent au rabotage des sédiments accumulés sur les basaltes de la plaque plongeante.
Les sédiments présentent alors un aspect plissé avec la présence de ces plis et failles inverses. La direction de ces plis et failles est parallèle à la fosse océanique.

On distingue des roches métamorphiques et des roches magmatiques.

Les roches métamorphiques sont formées à partir de basaltes et de gabbros. Ils constituent l'essentiel de la croûte océanique, mais enfouis dans les zones de subduction, ils subissent un métamorphisme. A partir d'un certain seuil de pression et de température, des minéraux voisins réagissent ensemble pour donner de nouveaux minéraux stables. On trouvera ainsi dans les marges actives du schiste bleu et de des éclogites.

Quant aux roches volcaniques émises dans ces zones de subduction, elles sont surtout représentées par des andésites et de la rhyolite (par comparaison, le volcanisme des dorsales produit surtout des roches basaltiques). Le volcanisme des zones de subduction se caractérise par un magma très visqueux et riche en gaz.

Les marges actives contiennent donc une grande variété de roches qui renseigne sur les mécanismes de la subduction.