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La dorsale atlantique au niveau de lIslande : une dorsale et un point chaud? Le magmatisme des dorsales et des points chauds FR Boutin Les documents utilisés.

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1 La dorsale atlantique au niveau de lIslande : une dorsale et un point chaud? Le magmatisme des dorsales et des points chauds FR Boutin Les documents utilisés pour cette présentation proviennent des nombreux géologues qui publient sur Internet, en particulier C. Nicollet, C. Annen, D. Dungan, JP. Winter, T. Grand, le Laboratoire des Sciences de la Terre de Lyon, le CNRS, les cours de Pétrology de lUniversité de Laval (Quebec) et de Washington (USA), Futura Sciences et WIKIPEDIA.

2 Ouverture dune dorsale en Islande - Les dorsales résultent de la rupture de la lithosphère et de lécartement de deux plaques sous leffet de forces de traction. Lécartement des bords est de 1 à 20 cm par an (10 à 200 Km en 1 million dannées). - La montée de lasthénosphère et lamincissement de la lithosphère entraînent un enfoncement de la croûte au niveau de la dorsale de lordre du Km. - Du volcanisme apparaît : la lave bouche les fissures qui se forment créant une nouvelle croûte (océanique) car à cause de la subsidence, le volcanisme est le plus souvent sous leau. Le magmatisme des dorsales

3 Ouverture des rifts et des dorsales Remontée de lasthénosphère Amincissement de la lithosphère par formation dun rift Subsidence de la croûte Volcanisme de rift Ouverture de la dorsale Volcanisme des dorsales Subsidence de la dorsale Fusion des eutectiques près de la surface Les contraintes de traction Les rifts correspondent à une remontée de lasthénosphère qui crée des forces de traction à lorigine de la rupture des plaques et une modification du géotherme.

4 Le flux de matière au niveau des dorsales (flèches blanches) est de lordre du quelques cm/an. Le transfert de chaleur lié à ces mouvements de matière est supérieur au transfert de chaleur par conduction. Cest ce qui explique le resserrement des isothermes au niveau des dorsales. La position de lisotherme 1200°C (courbe rouge), limite entre la lithosphère et lasthénosphère, est, au niveau des rifts et des dorsales, proche de la surface. La lithosphère qui a alors une épaisseur considérablement réduite peut se rompre sous leffet des forces de traction. Modification du geotherme au niveau des dorsales 1200°C

5 Pourquoi les mouvements de convection modifient le géotherme? Par conduction, la chaleur « pénètre » dans les roches de : 1 cm en 1 jour 20 cm en 6 mois 20 m en ans 200 m en 1 million dannées 2 Km en 100 millions dannées Par convection, lorsque le déplacement est de 1cm par an, la chaleur « avance » de : 0,002 cm en 1 jour 0,5 cm en 6 mois 100 m en ans 10 Km en 1 million dannées 1000 Km en 100 millions dannées Conclusion : sur des périodes longues, de plusieurs millions dannées, les mouvements de convection ont une influence sur la répartition des isothermes beaucoup plus grande que la conduction thermique. Dans les solides, le transfert de chaleur se fait essentiellement par conduction alors que dans les liquides, la convection joue un rôle important. Voyons ce qui se passe lorsquil y a conduction et convection dans le manteau. exemples : le refroidissement nocturne, les changements de température hivers/été le permafrost, la fonte des glaciers

6 Louverture dune dorsale est le résultat dun processus répétitif comportant les étapes suivantes: 1 - Les forces de traction qui séparent les plaques de 1 à 15 cm par an provoquent un allongement élastique de la croûte océanique de part et dautre de la dorsale. Cet allongement est maximal au droit de la dorsale. 2 - La rupture de la croûte tous les 10 à 100 ans provoque un retour élastique des plaques et louverture brutale de fissures larges denviron 1 mètre et de plusieurs kilomètres de long. 3 - Le remplissage des fissures par du magma basaltique provenant dune chambre magmatique située sous la dorsale formée à louverture de la dorsale 4 - Arrêt de léruption après refroidissement des laves en surface La solidification du magma « soude » alors à nouveau les deux plaques : le lent allongement élastique des plaques va recommencer. Louverture dune dorsale

7 Le complexe filonien ou séquence ophiolitique La répétition du processus que nous venons de décrire est à lorigine dune série de roches qui forment ce que lon appelle le complexe filonien ou la séquence ophiolitique. Cette séquence comporte : - une coulée de basalte en surface. Lorsque la coulée se produit sous leau on observe la formation de lave en coussins. La surface des coussins est souvent un verre et le cœur un basalte grossier. - des filons remplis de basalte en profondeur.Ils sont constitués de dolérite - à plus grande profondeur, la solidification forme un gabbro isotrope et - lorsquune ségrégation se produit dans la chambre magmatique, le remplissage irrégulier de la chambre entraîne la solidification sur les cotés de la chambre magmatique qui se séparent des lits de gabbro « lité ». - enfin sous les gabbros, on trouve le manteau : lhertzolite (LOT: dorsale lentes) ou hartzburgite (HOT : dorsales rapides). La séquence ophiolitique est un marqueur de louverture dun océan.

8 lave basaltique (sous leau lave en coussins) Coupe schématique dune dorsale (lente) Gabbro lité Filons de dolérite de gabbro isotrope rift La décompression au droit dune dorsale permet dextraire le magma formé dans lasthénosphère. Cas dune dorsale lente : 2cm/an Lhertzolite ou Hartzburgite Écartement des plaques Isotherme 1200°C

9 La sequence ophiolitique : les laves en coussins Lave en coussins observées en Oman, Traces laissées par une dorsale il y a 85 millions dannées.

10 Lave en coussins filmées sous leau (Galapagos)

11 Radiolarites et Basaltes en coussins en Oman Les premiers sédiments, des radiolarites rouges et jaunes, viennent se mouler sur les laves en coussins. Noter le grain du basalte dans un coussin : grossier et isotrope au centre, fin et en prismes en allant vers lextérieur. On trouve aussi à la surface, une couche dont la structure est celle dun verre. Cortex vitreux d'un pillow lava (zone supérieure noire)

12 Filons de dolérite observés en Oman Détail : filons de dolérite La dolérite a la même composition quun basalte mais la microstructure est intermédiaire entre celle du basalte (roche volcanique) et le gabbro (roche plutonique). Les filons de dolérite sont une des caractéristiques de la séquence ophiolitique.

13 Gabbros lités observés en Oman Lits plus ou moins sombres de gabbro correspondant à des teneurs en Fe + Mg variables. Sous les couches de gabbros, on peut trouver les péridotites de la lithosphère.

14 - La composition des basaltes du plancher océanique formé dépend du type de la dorsale : avec une dorsale rapide (HOT), le manteau a été appauvri et cest une Hartzburgite qui produit le basalte. Le basalte est alors pauvre en diopside : cest un basalte tholeiitique voir un basalte à olivine qui se forme. avec une dorsale lente (LOT), cest une Lherzolite qui produit le basalte avec un taux de fusion faible : le basalte est un basalte à hyperstène voir un basalte tholeiitique. LOT : Lherzolite Ophiolite Type HOT : Hartzburgite Ophiolite Type MORB : Mid ocean ridge basalt Le basalte des dorsales HOT LOT

15 Le basalte des dorsales Ce triangle est la base du tétraèdre du basalte (le diopside nest pas représenté et lanorthite nest pas dans le plan). La composition du magma dépend de la pression et du taux de fusion du manteau. Lorsque le taux de fusion augmente, le basalte devient un basalte tholeiitique à olivine. Olivine (Mg,Fe) 2 SiO 4 Nepheline (Na,K)AlSiO 4 Quartz SiO 2 Picrite Tholéiite à quartz Profondeur 10 Kb = 1GPa : 37 Km 30 Kb = 3GPa : 110 Km Enstatite Mg 2 Si 2 O 6 Anorthite CaAl 2 Si 2 O 8 Basaltes à hyperstène (ou à Enstatite) Basanite ou basalte alcalin ou basalte sous saturé Basalte tholéiitique Basalte tholéiitique à olivine

16 Riche en Ca Dolerite Komatiite Diopside Orthose Riche en Na Anorthite Albite Les magmas : Peridotite Basalte à olivine Basalte tholéitique Basalte alcalin Basalte andésitique (milieu hydraté) Le basalte des dorsales dans la classification de Mason Basalte des rifts : le basalte alcalin Basalte des dorsales (MORB) : basalte tholéiiique plus ou moins riche en olivine Basalte des points chauds (OIB) : basalte tholéiitique au début, basalte alcalin ensuite Basalte des subductions : basalte andésitique

17 De part et dautre de louverture de la dorsale, le refroidissement de lasthénosphère et de la croûte océanique formée entraîne une subsidence thermique de lordre du 1500m en quelques dizaines de millions dannées doù le profil particulier du plancher océanique. Profil du plancher de lOcéan Atlantique

18 Le magmatisme des points chauds Un point chaud : Hawaï

19 - Un point chaud résulte des mouvements de convection provenant du manteau profond, peut être même de la limite entre le manteau et le noyau. - Plusieurs explications sont possibles : fusion de plaques anciennes en subduction, fusion de postperovskite an niveau du noyau, mouvements dans le manteau inférieur, radioactivité locale très élevée… : rien nest prouvé - Ce flux modifie considérablement le géotherme. - Des réservoirs intermédiaires semblent exister. Postperovskite liquide? Le magmatisme des points chauds

20 Point chaud Upwelling 49 - Le magma qui arrive à la surface correspond à un mouvement profond dans lasthènosphère : le uppwelling. - Ce mouvement entraîne une modification des isothermes. - Le magma fond par décompression, près de la surface. - Le magma est un basalte tholeiitique. - Mais ce magma très chaud, sil fond la croûte quil traverse, senrichit en silice et alcalins. On peut donc observer des variations dans la composition du magma. - Le magma très liquide forme des coulées de lave sans explosion. Les volcans qui ont généralement débutés sous leau forment des dômes (boucliers) et parfois créent dimmenses écoulements : les trapps. - Lécoulement de magma à un point chaud se poursuit tant que le manteau est fertile. Un point chaud comme Hawaï existe depuis plus de 65 millions dannées. Le point chaud de La Réunion serait à lorigine des trapps du Deccan il y a 65 millions dannées, lorsque lInde se trouvait sur ce point chaud. À un point chaud les zones rigides sont fondues, le magma peut alors sécouler librement Croûte océanique

21 Point chaud de lîle de La Réunion

22 La lave des points chauds : type aa sur les bords, (cheire dans la Chaîne des Puys) et lave type pahoehoe au centre. La surface rugueuse est due à un dégazage au moment de la solidification. Lorsque la surface est lisse, les gaz sont restés piégés dans le solide. Les laves basaltiques dun point chaud (Hawaï)

23

24 Les trapps : laves basaltiques du Deccan près de Matheran (Inde)

25 Volcanisme des points chauds - Les points chauds provenant du manteau profond sont des points fixes.par rapport au déplacement des plaques. Les volcans des points chauds : îles dHawaî, de la Réunion, des Gambiers… sont donc alignés et permettent de mesurer le mouvement des plaques : la direction et le déplacement (11 cm par an pour latoll de Mururoa par exemple). - La croissance moyenne des volcans des points chauds est de lordre de 3 mm par an, soit 3 Km en 1 million dannées. Lenfoncement de ces volcans dû au poids est de 1 à 2 Km. - La composition des basaltes des points chauds évolue : - basalte tholeiitique à Hyperstène à la base (au tout début sous leau) - basalte alcalin à Néphéline lors du développement aérien. - Lorsque le pourcentage de fusion est élevé, le basalte formé est un basalte à olivine (sables verts à noirs provenant du Piton de la Fournaise) et éventuellement une péridotite.

26 Lalignement des îles dHawaî nest pas parfait… mais bon, le « panache » qui alimente ces volcans bouge peut être un peu…

27 Après larrêt du volcanisme… Lenfoncement des volcans dû au refroidissement de la lithosphère et de lasthénosphère est de 0,7mm/an à Tahiti. Après quelques millions dannées cet enfoncement est de 1000 à 2000m. Les restes du volcan sont sous leau ce qui permet au récif corallien de se développer et de former sur les basaltes une couche de calcaire.

28 Le résultat : au centre les restes du volcan entourés dun lagon et dun récif corallien La prochaine fois, on parlera du volcanisme des subductions


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