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Les zones de subduction entre les plaques lithosphériques

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Les preuves de la subduction

  • Les zones de subduction présentent deux caractéristiques topographiques typiques :
  • une fosse qui peut atteindre plusieurs kilomètres de profondeur sur plusieurs milliers de kilomètres ;
  • une chaîne de montagnes étroites, alignée le long de la fosse.
  • On appelle hypocentre la zone précise, située en profondeur, d’où partent les ondes sismiques d’un tremblement de terre.
  • Les relevés montrent que les hypocentres sont alignés selon un plan, que l’on appelle le plan de Wadati-Benioff.
  • Ce plan est la preuve que la plaque océanique s’enfonce sous la plaque continentale, ce qui génère les frottements, c’est-à-dire l’activité sismique.
  • Le gradient géothermique montre l’augmentation de la température des roches en fonction de la profondeur.
  • Une isotherme ou ligne isotherme est une ligne qui relie les points de même température.
  • Les isothermes s’enfoncent dans les zones de subduction, coïncidant avec le plan de Wadati-Benioff.
  • Cette anomalie de température s’explique par la subduction de la plaque océanique qui a été refroidie depuis sa formation au niveau de l’axe de dorsale.

Volcanisme des zones de subduction

  • Le magma est de la péridotite (roche du manteau) dans un état partiellement fondu (liquide + solide). La production de magma va dépendre de la température et de la pression (qui elle dépend de la profondeur).
  • Le liquidus sépare la péridotite liquide du magma (zone de fusion partielle). De même, le solidus sépare la péridotite solide du magma.
  • D’après les études en laboratoire, la production de magma dans les zones de subduction semble impossible car le géotherme ne croise pas le solidus.
  • Mais lorsque l’on analyse la péridotite des zones de subduction, on constate que sa composition chimique est particulière : elle est riche en eau.
  • Dans le cas de la péridotite hydratée, le géotherme croise le solidus, ce qui permet la production du magma en conditions réelles de subduction.
  • Le métamorphisme est un ensemble de transformations subies par une roche sous l’effet d’une variation de pression et/ou de température.
  • Le gabbro (riche en minéraux de type plagioclase et en pyroxène) est métamorphisé en métagabbro (riche en amphiboles). Ce métamorphisme est accompagné d’une hydratation.
  • Lors de la subduction, le métagabbro continue d’être métamorphisé. Ce phénomène provoque le remplacement des amphiboles par la jadéite, typique d’une nouvelle roche : l’éclogite. La formation de l’éclogite s’accompagne d’une déshydratation.

Schéma montrant l’importance de l'eau lors du métamorphisme gabbro métagabbro éclogite subduction hydratation de la croûte

  • L’eau libérée lors de ce métamorphisme est récupérée par la péridotite, ce qui lui permet d’entrer plus facilement en fusion partielle.
  • L’activité volcanique des zones de subduction est de type explosif.
  • La roche typique des zones de subduction est l’andésite. Cette roche est partiellement cristallisée car son refroidissement a été très rapide (libération explosive).
  • La viscosité désigne la capacité qu’a un fluide à s’opposer à son écoulement.
  • L’andésite est issue d’un magma tellement visqueux que sa remontée en surface est difficile. Comme ce magma remonte très lentement, les gaz s’accumulent. Lorsque la pression est trop grande, les roches partiellement fondues se retrouvent en surface très rapidement.
  • La coésite est une ancienne silice, qui a été métamorphisée lors de la collision. Or, ce métamorphisme, de type « très haute pression-basse température », est propre à la collision.

Les moteurs de la subduction

  • Au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’axe de la dorsale, la lithosphère océanique voit sa densité augmenter, par son refroidissement et l’accumulation de sédiments. Dans les zones de subduction, la densité de la lithosphère océanique devient supérieure à celle de l’asthénosphère, ce qui provoque son plongement.
  • Ce plongement exerce une force de traction sur toute la plaque : cette force est le principal moteur de la subduction.
  • La convection désigne un transfert de chaleur par mouvements d’enveloppes.
  • Lorsque la lithosphère océanique s’enfonce dans l’asthénosphère, elle provoque une force descendante qui est à l’origine d’une force ascendante : le manteau étant formé de roches en fusion, celles-ci vont se déplacer par convection. Ces mouvements mantelliques ascendant et descendant entretiennent la tectonique des plaques et, donc, la subduction.

Schéma des moteurs de la subduction densités convection divergence mouvements ascendants et descendants