LA SUBDUCTION

1. LA SUBDUCTION • 1ère partie : les caractéristiques des zones de subduction • 2ème partie : le métamorphisme des zones de subduction • 3ème partie : le volcanisme associé aux zones de subduction • 4ème partie : l’origine du volcanisme

2. Localisation des zones de subduction

3. Relief négatif : fosse océanique Relief positif avec volcanisme important: cordillère des Andes Plaque océanique subductée Plaquecontinentalesud-américaine chevauchante Séismes superficiels Séismes intermédiaires Plan de Benniof ….matérialisant la ……….position de la …………….plaque ……………….plongeante Séismes profonds Les caractéristiques des zones de subduction : ex. les Andes coupe Coupe d’après SISMOLOG

4. Arc insulaire volcanique Fosse océanique Bassin d’arrière-arc Plaque océanique subductée Plan de Benniof Les caractéristiques des zones de subduction : ex. les Tonga coupe Coupe d’après SISMOLOG

5. Bassin d’arrière-arc Partie émergée du prisme d’accrétion correspondant à l’île de la Barbade : conséquence des déformations tectoniques compressives affectant les sédiments du prisme Arc insulaire volcanique des Antilles Plaque océanique subductée Plan de Benniof (faiblement incliné et assez peu marqué car structure jeune) Prisme d’accrétion Les caractéristiques des zones de subduction : ex. les Antilles Coupe d’après SISMOLOG

6. Arc des Antilles Vue 3D d’après SISMOLOG Prisme d’accrétion La Barbade Surface sédimentaire plissée Faille inverse (marqueur de compression) Les caractéristiques des zones de subduction : ex. les Antilles (vue 3D) Mer des Antilles Océan Atlantique Profil sismique du prisme d’accrétion

7. Les caractéristiques des zones de subduction : flux thermique Anomalie thermique positive Flux thermique moyen Anomalie thermique négative L’anomalie thermique positive est à mettre en relation avec les reliefs positifs : c’est une conséquence du magmatisme L’anomalie thermique négative est à mettre en relation avec les reliefs négatifs : c’est une conséquence de la plongée de matériaux froids

8. Les marqueurs structuraux des zones de subduction • Fosse océanique (relief négatif) • Prisme d’accrétion (avec plissement des sédiments) • Reliefs élevés proches de la fosse (cordillère ou arc insulaire) • Volcanisme de type explosif (à andésite ou rhyolite) • Plutonisme (granodiorites) • Anomalies thermiques négative (fosse) et positive (volcans) • Séismes superficiels, moyens et profonds alignés → plan de Benniof (l’inclinaison du plan ↗ quand l’âge de la lithosphère ↗ )

9. 3,240 3,253 3,152 3,250 3,261 3,279 3,282 Evolution de la lithosphère Origine de la subduction • En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique : • devient plus vieille • devient plus épaisse • devient plus dense • A partir de 40 km d’épaisseur, sa densité estsupérieure à celle de l’asthénosphère • La densité de la lithosphère continentale estinférieure à celle de l’asthénosphère • Conséquences : • la lithosphère océanique tend à s’enfoncer dans l’asthénosphère • la lithosphère continentale tend àflotter sur l’asthénosphère • en cas de compression, un découplage se produit entre les 2 lithosphères • la lithosphère océanique s’enfonce sous la lithosphère continentale

10. Albite + Chlorite + Actinote → Glaucophane + eau eau eau eau Albite + Glaucophane → Grenat + Jadéite + eau Le métamorphisme des zones de subduction schistes verts schistes bleus éclogites L’enfoncement de la plaque océanique subductée s’accompagne de transformations minéralogiques entraînant l’apparition de nouveaux faciès typiques des zones de subduction

11. Chl Am CBGA Chl Am Chl Le métamorphisme des zones de subduction : les schistes verts Px = pyroxène (relique) Am = amphibole hornblende Pl Am Chl Px Pl Pl = plagioclase Chl = chlorite

12. Schiste bleu de l’île de Groix(très riche en glaucophane) Pl Gl Px Px Pl Pl Gl Schiste bleu typique Le métamorphisme des zones de subduction : les schistes bleus Px = pyroxène Gl = glaucophane Pl = plagioclase Selon le degré de métamorphisme, les associations minérales peuvent varier. La présence de glaucophane est systématique. En fonction de la pression, il peut être associé à des plagioclases, à de la lawsonite ou à de la jadéite.

13. Lame mince SB (LPA) CBGA Schiste bleu de l’île de Groix(lame mince –LPNA-) Le métamorphisme des zones de subduction : les schistes bleus Px = pyroxène Gl = glaucophane Pl = plagioclase Pl Gl Px Le glaucophane apparaît à la limiteentre le pyroxène et le plagioclase. Il forme alors une auréole autour du pyroxène relique. Si la transformation a assez de temps pour se réaliser, Px et Pl vont pratiquement disparaître : c’est le cas du schiste bleu de Groix Gl

14. Ja Gr Gr Gr Ja Ja Le métamorphisme des zones de subduction : les éclogites Gr = grenat Ja = jadéite

15. Eclogite (lame mince –LPA-) Gr Ja Gr Ja Gr Ja Gr Ja Eclogite (lame mince –LPNA-) Le métamorphisme des zones de subduction : les éclogites Gr = grenat Ja = jadéite En LPNA, la jadéite présente une teinte verdâtre. Le grenat est légèrement rosé et présente un aspect très craquelé, avec un fort relief. En LPA, les grenats sont constamment éteints.

16. L’activité magmatiquedes zones de subduction (diapositive 22)

17. Mont St Helens avant l’éruption Mont St Helens après l’éruption Mont St Helens pendant l’éruption Le volcanisme des zones de subduction Conséquence de la subduction : le volcanisme andésitique Eruption de 1980 du Mont St Helens (USA)

18. Am Pl Pl • teinte gris moyen • nombreux pores = bulles d’air • texturemicrolithique Pl v + m Am v + m Pl Échantillons d’andésite Pl v + m Pl Lame mince d’andésite (Lumière polarisée analysée –LPA-) Le volcanisme des zones de subduction Am = amphibole Px = pyroxènes Pl = plagioclases v + m = verre + microlithes Px

19. Andesite Peak (Sierra Nevada ; Californie) Volcan Colima (Mexique) Le volcanisme des zones de subduction Quelques structures andésitiques

20. Dôme de rhyolite (Massif Central) Le volcanisme des zones de subduction Conséquence de la subduction : le volcanisme rhyolitique • Roche claire avec quelques phénocristaux sombres • Texture microlithique • Composition minéralogique similaire à celle du granite • Densité moyenne

21. LAME MINCE RHYOLITE (LPNA) La rhyolite, équivalent volcanique du granite, se caractérise par la présence de phénocristaux de quartz automorphes –Q- (section hexagonale). Les gros cristaux à l'aspect "sale" sont des feldspaths –F-. Les minéraux ferro-magnésiens sont rares. Le fond microcristallin - la mésostase M- est constitué des mêmes minéraux auxquels s'ajoutent des oxydes métalliques (les "opaques" –O-). F Q Q M F M F F Q LAME MINCE RHYOLITE (LPA) En LPA, on remarque la texture microgrenue de la mésostase formée essentiellement de quartz et feldspath. F Le volcanisme des zones de subduction O

22. Le plutonisme des zones de subduction Conséquence de la subduction : les plutons de granodiorite

23. Échantillon de granodiorite Am Pl • aspect proche du granite mais • minéraux sombres plus abondants • texture grenue Am Pl Bi Am Am Pl Bi Lame mince de granodiorite (LPA) Le plutonisme des zones de subduction Am = amphibole Q = quartz Pl = plagioclases Bi = biotite Q

24. Cathedral Peak (Sierra Nevada ; Californie) Half Dome (Sierra Nevada ; Californie) Loma de los Pizzarras (Argentine) Le plutonisme des zones de subduction Exemples de structures granodioritiques

25. Relief formé de granodiorites (partie inf.) recouvertes de sédiments métamorphisés (Californie) Rae Lakes (Californie) Le plutonisme des zones de subduction Exemples de structures granodioritiques

26. Marqueurs pétrographiques deszones de subduction Au niveau de la plaque chevauchante : • Andésite = roche microlithique : Pl + Amphi (+ Px) • Granodiorite = roche grenue : Pl + Amphi (+ Px + Bio) • Rhyolite = roche microlithique : Pl + FK + Q (+ Bio) Au niveau de la plaque plongeante : • Schistes verts = métagabbro (mx idem gabbro) + présence de Chl • Schistes bleus = métagabbro (mx idem gabbro) + présence de Glc • Éclogite = Amphi (jadéite) + Gr (+ Glc relique) Pl = feldspath plagioclase Px = pyroxène Bio = biotite (mica noir) Glc = glaucophane FK = feldspath potassique Chl = chlorite Gr = grenatQ = quartz

27. Solidus p anhydre DCX Croûte continentale Ici, elles sont en partieà l’état:et en partie à l’état: Manteau lithosphérique LIQUIDE LIQUIDE LIQUIDE Dans ce domaine P & T, les péridotites (p) anhydres sont entièrement à l’état : Asthénosphère SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE Croûte océanique subductée Manteau lithosphérique Dans la zone grisée : il y a FUSION PARTIELLE de p Originedumagmatisme

28. Solidus p anhydre DCX Si T° > solidus MELANGEDE ROCHE FONDUE ET SOLIDE (p anhydre) Croûte continentale Manteau lithosphérique Asthénosphère A des températuresinférieures à cellesdéfinies par le solidus :LES PERIDOTITES ANHYDRES SONT ENTIEREMENT SOLIDES Croûte océanique subductée Manteau lithosphérique

29. Solidus p hydratée DCX Croûte continentale Manteau lithosphérique Dans ce domaine P & T, les péridotites hydratées sont en partie à l’état :et en partie à l’état : Dans ce domaine P & T, les péridotites hydratées sont entièrement à l’état : LIQUIDE LIQUIDE LIQUIDE Asthénosphère SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE SOLIDE Croûte océanique subductée Manteau lithosphérique

30. Solidus p hydratée DCX Croûte continentale Manteau lithosphérique A des températuressupérieures à cellesdéfinies par le solidus :ON OBTIENT UNMELANGE DEROCHE FONDUEETSOLIDE (p hydratée) Asthénosphère Croûte océanique subductée A des températuresinférieures à cellesdéfinies par le solidus :LES PERIDOTITESHYDRATEES SONT ENTIEREMENT SOLIDES Manteau lithosphérique

31. LA COURBE DES TEMPERATURES NE RECOUPE JAMAIS LES SOLIDUS DE LA PERIDOTITE : LA FUSION PARTIELLE DESPERIDOTITES EST IMPOSSIBLE DCX Croûte continentale MELANGEDE ROCHE FONDUE ET SOLIDE Température à proximité de l’arc volcanique (selon A) Manteau lithosphérique cliquer Zone dechangementd’état enfonction del’hydratation Asthénosphère MELANGEDE ROCHE FONDUE ET SOLIDE (p hydratée) Croûte océanique subductée Manteau lithosphérique PERIDOTITES ENTIEREMENT SOLIDES ou ROCHE ENTIEREMENT SOLIDE(p anhydre) Solidus p hydratée Solidus p anhydre

32. LA FUSION PARTIELLE DESPERIDOTITES EST POSSIBLE UNIQUEMENT DANS L’ASTHENOSPHEREET SEULEMENT SI ELLES SONT HYDRATEES DCX Croûte continentale MELANGEDE ROCHE FONDUE ET SOLIDE Température à l’aplombde l’arc volcanique (selon B) Manteau lithosphérique cliquer Asthénosphère MELANGEDE ROCHE FONDUE ET SOLIDE (p hydratée) Croûte océanique subductée Manteau lithosphérique PERIDOTITES ENTIEREMENT SOLIDES ou ROCHE ENTIEREMENT SOLIDE(p anhydre) Solidus p hydratée Solidus p anhydre

33. Schéma bilan subduction ARC INSULAIRE FOSSE OCEANIQUE OCEAN BASSIN D’ARRIERE-ARC Pluton de granodiorite Volcanisme (andésites ; rhyolites) Prisme d’accrétion C.O. M. > Remontée de magma Lithosphère océanique Schistes verts Asthénosphère Schistes bleus Fusion partielle des roches de l’asthénosphère  magma andésitique Éclogites Déshydratation Séismes Plan de Benniof DCX

34. 200°C 400°C 600°C 800°C 950°C 800°C 600°C Relevé des températuressur une même verticaleen dehors de la zoned’activité volcanique Cliquer pour reprendre diaporama

35. 200°C 400°C 600°C 800°C 1000°C 1200°C 1000°C Relevé des températuressur une même verticaleà l’aplomb de l’arc volcanique Cliquer pour reprendre diaporama