Polynésie, 2016, voie S
À partir de l'utilisation des connaissances, exposer l'origine et le rôle de l'eau dans la formation des roches de la croûte continentale au niveau des zones de subduction.
L'exposé sera accompagné d'un schéma titré et légendé.
Lors de quelles étapes, l'hydratation de la croûte océanique se réalise-t-elle ?
Lors de quelles étapes la déshydratation de la croûte océanique se réalise-t-elle ?
Qu'entraîne l'hydratation de la lithosphère océanique ?
Comment peut-on définir le solidus ?
Que permet le solidus hydraté ?
D'où provient l'hydratation de la péridotite ?
Quels sont les différents types de faciès au niveau d'une zone de subduction ?
Au niveau des dorsales océaniques, zone de divergence, la croûte océanique formée de basalte et de gabbro se forme continuellement. Progressivement, la croûte océanique ainsi formée s'éloigne de la dorsale, et les matériaux qui la constituent vont subir des modifications. La densité de la lithosphère océanique va devenir plus importante que celle de l'asthénosphère et elle va entrer en subduction. Dans la zone de subduction, la pression et la température augmentent, ce qui provoque progressivement de grandes modifications de cette lithosphère océanique. Tous ces changements sont provoqués en partie par une modification de l'hydratation des roches. Nous étudierons de ce fait les origines et le rôle de l'hydratation des roches dans la formation de la croûte continentale dans les zones de subduction. Nous verrons dans un premier temps l'origine de l'eau et les modifications qu'elle entraîne sur la croûte océanique. Puis dans un second temps, nous expliquerons le rôle que joue cette eau dans la genèse de la croûte continentale.
L'hydratation de la lithosphère océanique
Avec le temps, la lithosphère océanique va s'éloigner de la dorsale. Au cours de ce processus, la lithosphère se refroidit, s'épaissit et s'hydrate lors de l'hydrothermalisme. Les roches subissent un métamorphisme de basse pression/basse température. Elles passent par plusieurs états de stabilité : le faciès amphibolitique caractérisé par de la hornblende, le faciès schiste vert caractérisé par de l'actinote, l'épidote et de la chlorite. C'est-à-dire que les minéraux des roches qui forment cette croûte vont se transformer sous l'action de l'eau. Ces changements métamorphiques vont toucher les basaltes et les gabbros ce qui entraîne la formation de métabasaltes et de métagabbros. Au cours de la subduction, la lithosphère océanique est soumise à une augmentation importante de pression, et à une augmentation de température toujours progressive. Ce métamorphisme entraîne l'apparition du faciès schiste bleu avec comme minéral la glaucophane. Il y a de ce fait, une déshydratation des schistes verts, c'est-à-dire que ce processus entraîne l'hydratation des péridotites de la plaque chevauchante. Au fur et à mesure du plongement de la plaque subduite sous la plaque chevauchante, la pression augmente. Les schistes bleus passent à un faciès éclogite par le biais d'un métamorphisme haute pression/basse température, caractérisé par de la jadéite et du grenat. Ce métamorphisme génère une déshydratation des schistes bleus qui va accroître l'hydratation de la péridotite.
Schématisation des phénomènes au niveau d'une zone de subduction
Le rôle de l'eau dans la fusion partielle de la péridotite
Au niveau d'une zone de subduction, les conditions de pression et de température (100 à 150 km de profondeur et une température entre 1000 et 1200°C), ne permettent pas à la péridotite anhydre de la plaque de fondre comme nous l'indique le géotherme de la zone de subduction, car il ne recoupe jamais le solidus anhydre. Mais si la péridotite se trouve hydratée, son solidus se décale vers la gauche, c'est-à-dire qu'une température moindre pourra lui permettre d'entrer en fusion partielle. Cette hydratation de la péridotite qui provient de la déshydratation des roches de la croûte océanique subduite va lui permettre dans ce cas d'entrer en fusion partielle et de former un magma à l'origine des roches de la croûte continentale.
Diagramme pression/température au niveau d'une zone de subduction
Si le magma refroidit en profondeur, le refroidissement sera lent, il formera des plutons de granitoïdes comme la diorite. Si le magma parvient à la surface, il sera à l'origine d'un volcanisme explosif, caractérisé par des explosions, des nuées ardentes et laves visqueuses, avec libération d'une grande quantité de vapeur d'eau. Cela entraînera la formation de roches microlitiques comme des andésites et des rhyolites.
Ainsi, la lithosphère océanique, après avoir subi une hydratation au cours de l'expansion océanique, subit une déshydratation au cours de la subduction : l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire va provoquer la fusion partielle des péridotites du manteau au niveau de la plaque chevauchante. Ce magma aboutit ainsi à la formation de nouvelles roches volcaniques ou plutoniques dans la croûte continentale.