TP-TD 2 : La formation de magma en zone de subduction

Dans une zone de subduction, les péridotites du manteau situé au-dessus de la plaque océanique plongeante, si elles sont hydratées, elles peuvent fondre partiellement vers 100km de profondeur et donner naissance à un magma. On parle ici de fusion partielle (et non d’anatexie !).

I- Des transformations minéralogiques des roches de la Lithosphère océanique créée

Comment évolue les roches de la lithosphère océanique s’éloignant de la dorsale ?

Vous disposez d’un échantillon de métagabbro à hornblende.

  1. Observez l’échantillon à l’œil nu : déterminer sa texture et retrouver sa composition minéralogique (en précisant la disposition des minéraux les uns par rapport aux autres) à l’aide du document 1.
  2. Placez sur le document 2 : G1, G2 et G3
  3. Indiquez par des flèches le trajet pression-température suivi par un gabbro au cours de l’expansion océanique.
  4. Bilan  : A l’aide de vos observations et des documents donnez les caractéristiques d’un gabbro de la lithosphère océanique qui entre en subduction et montrer que ces caractéristiques témoignent d’une hydratation dont vous préciserez les mécanismes.

Document 1 : 

a) Schéma de lames minces de gabbro

dorsale————————————————————————————————> Marge active

Gabbro venant de cristalliser                           (G1) Métagabbro                              (G2)Métagabbro (G3)

Faciès des amphibolites                   Faciès des schistes verts

metagabbros

b) Données minéralogiques

 Information : La présence de radicaux hydroxylés (-OH) dans un minéral indique qu’il est hydraté.

 Formule chimique
Py roxènes(Ca,Mg,Fe,Al)(Si O 3 ) 2
Pl agioclase(Na,Ca) Si 2 Al 2 O 8
Am phibole (hornblende)Na Ca 2 (Mg, Fe) 4  (Si,Al) 8 O 22 (OH)
Ac tinoteCa 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2
Ch lorite(Mg,Fe) 3 (Si,Al) 4 O 10 (OH) 2

Document 2 :

Les dorsales sont des zones en extension comme en témoigne leur forte sismicité. La tectonique, c’est-à-dire l’ensemble des déformations consécutives à l’écartement des plaques qui s’opère à ce niveau, est le principal processus qui crée la perméabilité : les roches sont faillées, fissurées, et même localement broyées. Certaines fissures peuvent atteindre plusieurs mètres d’ouverture et des centaines de mètres de longueur.
L’eau de mer s’infiltre donc par les fissures et pores de la roche. Du fait de la remontée de l’asthénosphère, la température augmente en profondeur de plusieurs centaines de degrés par kilomètre. Les conditions sont réunies pour la mise en place de cellules de convection hydrothermales dans la croûte océanique. La circulation de l’eau de mer dans les milieux poreux de la croûte provoque des échanges entre les roches et l’eau de mer.

http://domaine-geologique.com/documents.php?id=28

Document 3 : Domaines de stabilité des assemblages minéralogiques

En laboratoire, il est possible de soumettre des associations minérales à des températures et des pressions comparables à celle régnant à différentes profondeurs. Ces expériences montrent qu’à partir d’un certain seuil, deux minéraux voisins jusqu’alors stables commencent à réagir entre eux et donnent naissance à des minéraux

stables dans les nouvelles conditions de pression et de température. Il s’agit de réactions métamorphiques. Le métamorphisme se définit donc comme étant la transformation d’une roche à l’état solide du fait des changements de pression et/ou de températures.

a : plagioclase + pyroxène + eau  pastedGraphic.png amphibole (hornblende verte)

b : plagioclase + amphibole + eau pastedGraphic.png chlorite + actinote

c : plagioclase + chlorite + actinote pastedGraphic.png glaucophane + eau

d : plagioclase + glaucophane pastedGraphic.png grenat + jadéite + eau

On appelle domaine de stabilité l’éventail de pression et de températures à l’intérieur duquel un minéral est stable.

Un faciès est une association de minéraux stables dans une gamme de pression et de températures :

faciès des amphibolites, des schistes verts, des schistes bleus, des éclogites.

Information : Les réactions du métamorphisme étant des équilibres dynamiques, on pourrait s’attendre, à voir réapparaître les minéraux originels lorsque les roches métamorphiques sont ramenées à la surface. Il arrive parfois que de telles réactions se produisent mais le plus souvent, le métamorphisme des roches n’est pas réversible car celui-ci s’accompagne d’une libération de  fluides qui quitte la roche : leur absence interdit donc ensuite aux réactions inverses de se produire.

metamorphisme

II- Des transformations minéralogiques des roches de la Lithosphère océanique plongeante

Le principe de la fusion partielle lors d’une subduction réside dans la déshydratation des roches plongeantes, permettant ainsi une hydratation du manteau sus-jacent. Cela provoque alors un abaissement de la température de fusion des péridotites, ce qui engendre une fusion partielle.

A- La modification des roches plongeantes

Comment évoluent les conditions de pression et de température auxquelles est soumis un gabbro au sein de la lithosphère océanique qui plonge dans l’asthénosphère ? Quelles en sont les conséquences ?

A votre disposition :

  • Un échantillon et une lame mince de métagabbro à glaucophane (faciès des schistes bleus) G4
  • Un échantillon et une lame mince de métagabbro à grenat (faciès des éclogites) G5
  1. Observer les échantillons à l’œil nu : déterminer la structure et identifier les minéraux composant chaque roche.
  2. Observer la lame mince correspondante.
  3. Saisir une image numérique d’une zone représentative de la roche (si vous en avez le temps)
  4. Enregistrer l’image dans un dossier créé (Mes documents/Subduction/subduction_nom binome.jpg)
  5. Chaque image peut être annotée dans libre office (vous pouvez flecher vos minéraux et les légender

2) comparer la profondeur de déshydratation des gabbros au cours de  la subduction et celle de la zone de fusion partielle

Quelle condition est indispensable, dans le cadre de la subduction, pour qu’il y ait fusion de péridotites.

document 1 : résultats de fusion expériementale d’une péridotite sèche

stabfusion

Document 2 : résultats de fusion expérimentale d’une péridotite hydratée

stabfusionhydratee

B- A la recherche de la libération de l’eau (ECE 2013)