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Des péridotites aux basaltes et gabbros

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Objectif
A l'aplomb des dorsales, une remontée du matériel mantellique donne naissance à un magma basaltique à l'origine de la croûte océanique. Comment le magma évolue-t-il ?
1. Basaltes et gabbros : deux roches de la croûte océanique
Basaltes et gabbros sont deux roches volcaniques à l'aspect sombre. L'étude de leur composition chimique montre une similitude entre elles, similitude que l'on retrouve dans leur composition minéralogique : pyroxènes, plagioclases et olivine.

% masse d'oxydes Basalte océanique Gabbro Péridotite ophiolitique
SiO2 47,1 49 42,3
TiO2 2,3 1,9 0,1
Al2O3 14,2 14,2 0,5
FeO 11 7,3 7,1
MnO 0,2 0,2 0,1
MgO 12,7 7 49,6
CaO 9,9 9,4 0,1
K2O 0,4 1,0 0,005
Na2O 2,2 2,7 0,1

Cependant, l'observation de lames minces révèle une différence importante dans la structure des deux roches.
Le basalte apparaît constitué de cristaux de taille variable noyés dans une « pâte » non cristallisée, un verre. Certains cristaux présentent une forme de baguette de petite taille, les microlites ; le basalte a une structure microlitique.
Les gabbros révèlent quant à eux une structure entièrement cristallisée avec des minéraux de grande taille, les phénocristaux. Les gabbros présentent une structure qualifiée de grenue.

Un modèle de cristallisation des roches utilisant la vanilline permet de comprendre cette différence de structure. L'expérience de cristallisation après fusion montre que les cristaux se développent plus ou moins selon la vitesse de refroidissement. Dans le cas d'un refroidissement lent, les cristaux formés sont de grande taille, type phénocristaux. Au contraire, un refroidissement rapide donne naissance à des cristaux de petite taille, type microlites, accompagnés d'un verre.

Comme les basaltes et les gabbros ne différent que par la taille de leurs cristaux, on en déduit que leur origine est commune, et qu'ils sont issus respectivement d'une cristallisation rapide et d'une cristallisation lente d'un magma basaltique.


2. Une cristallisation fractionnée du magma dans la chambre magmatique

Le magma issu de la fusion des péridotites est collecté dans la chambre magmatique. Dans ce réservoir, il va subir une différenciation chimique liéée à son refroidissement progressif. En effet, les minéraux ne cristallisent pas à la même température : ainsi par exemple l'olivine est un minéral de « haute température ». La formation de ces cristaux d'olivine s'accompagne de leur sédimentation par gravité au fond de la chambre magmatique, donnant naissance à des accumulations minérales au fond de celle-ci.

L'observation de séries ophiolitiques, vestiges de lithosphère océanique charriés sur les continents sous l'effet de mouvements tectoniques, permet de reconstituer cette cristallisation, qu'elle soit progressive ou fractionnée, et qui produit olivine, plagioclase et pyroxène.
Le liquide résiduel, appauvri en certains minéraux ou en éléments (comme le magnéisum dans le cas de l'olivine), atteint la surface en fracturant le toit de la chambre comme le montrent les filons sous la couche de basalte. Contre les parois de la chambre les gabbros vont cristalliser, alors que la lave épanchée en surface donne naissance au basalte, au contact de l'eau de mer.

L'essentiel

La croûte océanique est constituée de basaltes surmontant des gabbros. Ces deux roches de même composition chimique sont issues d'une cristallisation fractionnée du magma dans la chambre magmatique.
Les gabbros se forment par un refroidissement lent en profondeur, les basaltes par un refroidissement rapide au contact de l'eau de mer.

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