Les zones de subduction sont associées à un volcanisme intense et explosif.
I. Les roches magmatiques des zones de subduction
Dans les zones de subduction, on distingue deux types de roches magmatiques : des roches volcaniques, ayant subi un refroidissement rapide en surface, de type rhyolites ou andésites ; des roches plutoniques ayant subi un refroidissement lent en profondeur, de type granite ou diorite.
Ces roches sont riches en minéraux hydroxylés tels que les amphiboles ou la biotite, ce qui signifie qu’elles sont issues de la cristallisation d’un magma riche en eau.
II. L’origine du volcanisme
Lors de son vieillissement et de son refroidissement, la lithosphère océanique subit un métamorphisme hydrothermal, dû à son contact prolongé avec l’eau (métamorphisme : ensemble des transformations subies par les roches à l’état solide, sans repasser par une fusion). De la serpentine apparaît dans les péridotites du manteau lithosphérique, des amphiboles vertes, de la chlorite et de l’actinote dans les basaltes et les gabbros de la croûte océanique.
Plagioclases + Pyroxènes + H2O ↔ Hornblende (amphibole)
Plagioclases + Hornblende + H2O ↔Chlorite + Actinote
Olivine + H2O ↔ Serpentine
Lors de la subduction, l’augmentation de la pression due à la plongée de la lithosphère entraîne un métamorphisme haute pression/basse température :
Plagioclases + Chlorite + Actinote ↔Glaucophane (amphibole bleue) + H2O
Glaucophane ↔Grenat + Jadéite + H2O
Ces transformations minéralogiques provoquent la déshydratation de la lithosphère.
Cette déshydratation va hydrater la péridotite du manteau sus-jacent qui va fondre. En effet, la température de fusion de la péridotite hydratée est plus basse que celle de la péridotite anhydre.
Le magma produit, riche en eau, s’enrichit progressivement en silice en cristallisant petit à petit en remontant. Il sera très donc visqueux, et à l’origine d’un volcanisme explosif. Au cours de sa remontée, ce magma peut faire fondre les roches qu’il rencontre et ainsi changer légèrement de composition, ce qui explique la diversité des roches magmatiques formées par sa cristallisation.
Méthode
Analyser un diagramme de phase
Par l’étude du document suivant, montrer que l’hydratation des péridotites du manteau entraîne leur fusion partielle.
Un diagramme de phase présente les différents états d’un objet en fonction de la pression et de la température. Un domaine Solide est séparé du domaine Solide + Liquide par une limite appelée solidus. Ce dernier domaine est séparé du domaine Liquide par une limite appelée liquidus.
Doc Diagramme de phase de la péridotite
Conseils
Étape 1 Décrire le solidus de la péridotite anhydre.
Étape 2 Indiquer dans quel domaine se trouve le géotherme d’une zone de subduction, par rapport à ce solidus.
Étape 3 Indiquer ce qu’on observe avec le solidus de la péridotite hydratée.
Solution
Étape 1 Si elle est anhydre, la péridotite fond entre 1 200 °C à 0 km de profondeur et 1 950 °C à 240 km.
Étape 2 Les conditions de pression et de température dans une zone de subduction maintiennent la péridotite à l’état solide car le géotherme ne recoupe jamais le solidus.
Étape 3 Si la péridotite est hydratée, entre 80 et 240 km de profondeur, on observe que le géotherme coupe le solidus et entre dans le domaine Solide + Liquide. Cela signifie que la péridotite fond partiellement. Elle ne peut donc fondre au niveau d’une zone de subduction que si elle est hydratée.