Chapitre 2 - Magmatisme des zones de divergence PDF

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Cours de monsieur Durant ...

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Magmatisme de zone de divergence

Magmatisme des zones de divergence Répartition des âges des roches dans l’Océan

Océan Atlantique : + récent au milieu de l’océan On met en évidence les dorsales océanique = siège de l’activité magmatique Les dorsales produisent des roches magmatiques Renouvellement au niveau des dorsales océaniques. Symétrie de part et d’autre de la dorsale pour Atlantique mais pas au Pacifique  marge active/marge passive. C’est lié aux subductions. Marge passive* : abs de zone de subduction

I.

Apports de la géophysique Géométrie des fonds océaniques A partir de campagne scientifiques, on a pu observer les fonds océaniques et les différences marges passive/actives… Possibilité de volcans sous-marins

Paléomagnétisme La Terre présente un magnétisme, et sa polarité change au cours du temps. L’orientation des mx riches en fer change. On peut savoir le magnétisme en fonction de l’âge de la roche.

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Magmatisme de zone de divergence

Remarque : symétrie : donc divergence à partir de la dorsale médio océanique. Les magmatismes sont ainsi quasi symétriques. Actuellement, le magmatisme terrestre est le même. De part et d’autre de la dorsale, on a des âges similaires. C’est ainsi que l’on peut savoir l’âge des fonds marins.

Les basaltes sont riches en fer et s’orientent de manière négative ou positive. On peut établir une carte des anomalies magnétiques.

On peut aussi voir d’anciennes coupures de continents. Auparavant : la Pangée. On a eu une ouverture avec une évolution. On parle du Cycle de Wilson.

Cycle de Wilson -

Ouverture d’un océan avec un rif Océanisation progressive (étape 3-4) avec existence de la dorsale médio océanique. Existe encore 2 marges passives. Etape 5 : dôme de subduction de la lithosphère océanique dans le manteau : frottement de relief dvlpé dans la plaque. Etape 6 : subduction et océan disparait Collision continent-continent Suture de l’ancienne lithosphère océanique  Cycle d’une durée < 200 Ma

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Magmatisme de zone de divergence Actuellement : le rif (amincissement de la croute) Est-Africain est un alignement de volcan qui témoigne de la déchirure du continent Africain : début de canalisation. Le fossé rhénan est aussi à mettre en question : début de déchirure et d’océanisation qui s’est arrêté  alignement de volcans Présentation des docs : Doc 1 : données géophysiques sur le flux thermique moyen : au niveau des océans, on n’a pas le même flux dans un océan même mais entre eux aussi. Les flux les plus élevés se localisent au niveau des dorsales médio océaniques : on plus de chaleur libérée ; puis le flux thermique diminue. L’océan Atlantique et Pacifique ont un flux différent : plus important en Pacifique  Au niveau des dorsales : production de magmas chauds qui va refroidir (repousser par les nouveaux magmas chauds). Il existe des dorsales plus lentes et plus rapides : ici, c’est Pacifique qui est la plus rapide Doc 2 : carte du monde où sont illustrées les anomalies négatives des vitesses des ondes S à une profondeur de 100km. On donne les ondes S car elles ne se propagent pas en milieu liquide.  Elles impliquent des ondes pénétrant des milieux peu liquides ; on a des processus de fusion partielle. La présence de liquide est à proximité des dorsales médio-océaniques. Les ondes sismiques S sont ralenties : fusion partielle : coexistence solide-liquide. Les ondes sont plus ralenties en Pacifique qu’en Atlantique = plus de liquide en Pacifique. Taux de fusion partielle différent

Apport de chaleur  remontée de matériel chaud  processus de convection mantellique (fusion partielle à l’aplomb des dorsales)  chute de la pression Production de magma possible par décompression adiabatique Présence d’une phase liquide  processus de fusion partielle  différence entre les dorsales médio océanique de la Terre Plusieurs cm/an d’expansion pour certaines dorsales

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Magmatisme de zone de divergence

II.

Géométrie d’une dorsale médio océanique

Apport données de forage et données géophysiques

Evolution des anomalies magnétiques. A partir de ces données gravimétriques couplées à des données sismiques, on peut faire des forages dans les lithosphères océaniques pour voir l’évolution des roches. On voit l’évolution des roches en fonction de la profondeur. Doc B : parfois des roches +/- dense ; symétrie au niveau de la dorsales, la roche principale a une d=3,4, mais au niveau de la dorsale la roche a une d=3,15 ;  manteau : roche où d=3,4 ; manteau anormal avec d = 3,15 : on a de la fusion partielle qui donne un liquide qui fait baisser la densité. d=2,6 (couche de basalte : volcanique) et d=2,9 (gabbro : plutonique basique). CO : roches magmatiques plutoniques. Doc A : Chaque réflecteur : passage d’une lithologie à une autre

Forage de 0 à 90m de profondeur Epaisseur d’une CO : 5-8km On peut pas faire de forage jusqu’au manteau. On compare avec des séries ophiolitiques Ophiolites* : roches interprétées comme étant le témoin d’anciennes lithosphères océaniques, elle a toujours été obductée (passée au-dessus de la CO) Initialement des roches magmatiques d’une lithosphère océanique. Donne une idée sur la structuration d’une lithosphère océanique Epaisseur des sédiments dépends de l’apport et l’âge de la lithosphère océanique. Ensuite pillow lava, basalte en coussin : couche de roches volcaniques Complexe filoniens : gabbros, plutoniques regroupés en filons (conduits qui apportent le magma à la surface) Gabbros lités Sous ces gabbros lités : limite croute/manteau : moho Manteau lithosphériques : péridotites litées et foliées : foliation Individualisation de 5 couches

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Magmatisme de zone de divergence Couche 2 : pillow lava -

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Roche correspondant à des basaltes de ride médioocéanique (MORB) Texture : o microlithique : présence d’une mésostase (partie vitreuse et microcrsitalline), refroidissement rapide du magma, croissance faible, nbrx cristaux o porphyrique : phénocristaux Basalte Tholéiitique Roche volcanique Refroidissement lent, qq nucléus Mx : plagio (gris, maclé), pyroxènes

Couche 3 : zone gabroïque : le complexe filonien -

Texture grenue Roche : dolérites + gabbros Roche plutonique Refroidissement lent en profondeur Mx : plagio, pyrox Micro-cristallisé = dolérite Figure 1 : dolérite

Figure 2: gabbro

Couche 4 : gabbro -

Texture grenue 4-5Km d’épaisseur 2 classifications qui permettent de donner un nom au gabbro (3 pôles : ortho, plagio, pyrox) Utilisable pour les roches plutoniques

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Magmatisme de zone de divergence Couche 5 : -

Péridotite Manteau Roche métamorphique Texture granulaire Mx : Olivine, pyrox, plagio, spinelle

Cela dépend de la genèse des péridotites -

Faible profondeur : péridotite à plagio Moyenne profondeur : Péridotite à spinelle Grande profondeur : péridotite à grenat

Exploitation profonde des roches La classification des roches ultra basique  utilisation de diagramme ternaire (Ol-Opx-Cpx) La péridotite la plus commune dans le manteau : la lherzolithe qui fondra par fusion partielle pour donner un liq (qui donnera gabbro ou basalte) et un résidu de fusion : la harzburgite

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III.

Magmatisme au niveau des dorsales médio-océaniques

Processus de fusion partielle au niveau des dorsales médio-océanique

Gradient géothermique : 30°C/km Géotherme continental < géotherme océanique car CC plus épaisse Liquidus : T> : que liq Entre : L+S Solidus : S : -

Anhydre Hydraté

Géotherme de l’axe de la dorsale est plus élevée que le géotherme du pt chaud océanique

Processus expliquant la fusion partielle : -

Passage du gradient océanique au gradient de la dorsale : décompression adiabatique : chute de la pression à T° cste permettant de faire évoluer le géotherme à T° plus forte Apport de chaleur Hydratation : influence sur le solidus : il passe d’anhydre à hydraté

Plus on est proche du liquidus, plus le taux de fusion partielle est élevé ; s’il est faible, on est proche du solidus ; dépendant de la rapidité de la dorsale (20-25% = taux de fusion partielle)

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Magmatisme de zone de divergence D’une péridotite basique, par fusion partielle  résidu de fusion (harzburgite) + liquide qui donnera gabbro Il faut que la roche soit entièrement cristallisée pour parler de roches : Mafique : ferromagnésien (65-90% de mx colorés) Felsique : mx clairs (10-35% de mx colorés) A partir de la compo géochimique des magmas Basique : pauvre en Si (45-52%) Acide : riche en Si (+ 65%) -

Péridotite lherzolite o Olivine & pyroxène (mx ferromg) o Roche ultramafique o Roche ultrabasique

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Harzburgite : résidu de fusion o Mx colorés o Riche ultramafique ++ o Roche ultrabasique ++

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Liquide de fusion o Compo basaltique (donne gabbro ou basalte)  Basalte : on ne sait pas si mafique ou felsique 42-55% de silice  roche basique  Gabbro : px et plg : roche mafique 42-55% de silice  roche basique

19/09/2016 Analyse géochimique des principales roches présentes au niveau d’une dorsale -

Eléments mageur en géochimique : Si Sous quelle forme : oxyde : SiO2, FeO, FeO3, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O, P2O5, LOI, TIO, Al2O3

Des éléments mineurs sont en ppm Tous les éléments chimiques sont des éléments traces, ont une teneur < 0,1% -

Compatible* : éléments ayant une forte affinité pour la phase solide : trouvé dans les résidus de fusion Incompatible* : éléments ayant une forte affinité pour la phase liquide : trouvé dans le liquide (Si, Al car a diminué dans le résidu de fusion)

Sur terre, on peut trouver des roches ultrabasiques 12 septembre 2016

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Magmatisme de zone de divergence Diagramme de Classification des roches ultrabasiques

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Point Eutectique (E) : composition du premier liquide formé par fusion partielle de toute roche du diagramme thermique, c’est la T° de fusion la plus basse possible du Syst. 4 phases possibles : 3 phases solides et un liq de fusion. Ex : Lherzolite (65% olivine- 20% opx- 15% Cpx) T < TE T = TE : Liquide( Xliq = XE)+ résidu de

fusion Xliq = 80% Cpx- 15% Opx- 5% Ol

A un moment, le Cpx disparaitra et fondra Quand la fusion partielle augmente, et que le liq est enrichi en Cpx, le Cpx disparait du résidu de fusion Courbe cotectique : 3 phases

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Si la T ° continue a augmenter : La compo du liquide évolue en suivant la courbe eutectique On peut aller jusqu’un résidu de fusion qui sera constitué de 100% d’olivine et un liq composé du reste de OPX

/ !/ Roche mère- liq – résidu sont toujours lié sur la même droite. Si on continue la fusion, le liq quitte la courbe cotectique pour se diriger vers un champ olivine + Cpx Fusion totale du système : Plus de résidu de fusion Liquide est composé de la roche mère.

Des dorsales rapide/lent et des flux de chaleurs différents : entre 5-25% de fusion partielle au niveau des dorsales : -

Dorsale lente Taux de fusion faible : o Résidu : on peut encore avoir de la lherzolite 12 septembre 2016

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Magmatisme de zone de divergence

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o Liquide : compo du pt eutectique (basalte) Dorsale rapide : taux de fusion important o Fusion totale possible o Résidu = Harzburgite o Liquide : pt eutectique ou déplacement sur courbe eutectique

Selon le taux de fusion partielle, on est dans une dorsale lente ou rapide ; un résidu de fusion de compo différente Série magmatique du magmatisme des dorsales TAS : Total Alcalin vs Silice Na2O + K2O vs SiO2 compo en %massique Refroidissement rapide ; - Mésostase -ROCHE VOLCANIQUE Refroidissement lent -Entièrement cristallisé -Roche plutonique - Ex : gabbro Pour trouver d’autres roches, cristallisation fractionnée. Sa compo, saSérie pétro… évoluent en théoléiitique refroidissant.

Processus De cristallisation fractionnée évolué : -

Refroidissement lent  extraction lente, chambre magmatique (favorisé en CC car croute plus épaisse) évolution lente des liq par cristallisation fractionnée. A l’inverse, peu de chambre en CO : très peu de roche différenciée : essentiellement des basaltes et gabbro Très peu de roches évoluent vers l’acidité.

La série thoéiitique : évolue des gabbros vers des roches plus acides au niveau de dorsales océaniques. A l’époque, on avait une lithosphère océanique présente ici. Fonctionnement d’une chambre magmatique à l’aplomb d’une dorsale

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Magmatisme de zone de divergence PHOTO DIAPO

CAS POUR FLUX RAPIDE 1 : fusion partielle par décompression adiabatique du manteau ; convection mantellique : remontée de lherzolite 2 : injection périodique des magmas peu évolués, stockage dans une chambre magmatique des liquides 3 : convection 4 : cristallisation le long des parois : olivine, px, plagioclase (présent dans gabbros et basalte) faible qqté 5 : séparation par gravité : sédimentation ou reste dans le liq  gabbro lité 6 : injection du magma vers la surface 7 : épanchement basaltique : couche de pillow lava

Morphologie des édifices volcaniques et dynamiques éruptive Au niveau des dorsales océaniques, fabrication de liq -

basaltique basique pauvre en Si  Magma peu visqueux : faible pente : volcanisme effusif o formé par empilement de coulée pillow lava o laves basaltique o lave peu visqueuse o éruption peu explosive

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IV.

Dorsales lentes versus Dorsales rapides

Vitesse des dorsales océaniques -

Plaque pacifique : dorsale rapide car plus de basalte de fabriqué sur une distance bcp plus large Atlantique : dorsale lente car basaltes couvrent une surface plus petites

3 topographies différentes -

1 : dorsale indienne la plus lente 2 : dorsale Atlantique intermédiaire 3 : dorsale Pacifique rapide

3 géométries différentes : Une dorsale lente donne un fort relief à l’aplomb de la dorsale : RELIER FORT

Dorsale lente

Dorsale rapide 12 septembre 2016

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Dorsale lente : Atlantique - Relief fort - Basalte couvre moins de surface - Creux de vallée axiale qui communique, relief négatif marqué - Type Pacifique

Dorsale rapide : Pacifique - Pente douce, relief moins fort - Basalte couvre plus de surface - Epanchement et coulée

Injection du magma dans une chbre magmatique crustale Refroidissement et lithosphérisation progressive de la harzburgite Fluage latéral de la Harzburgite et injection de magma dans la croute usion partielle avec un taux suffisamment pour xtraire quasiment tous les Cpx : obtention d’une oche résiduelle de type Harzburgite (sans aucun px)

Décompression quasi adiabatique de la péridotite asthénosphérique

Remontée des liq de la surface. Mais à l’aplomb de la dorsale : chbre magmatique dans la CO. Dans la chbre : -

Partie basale : liquide de magma Convection dans la chbre : remontée dans la partie médiane de la chbre : injection magmatique sub horizontale 12 septembre 2016

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Magmatisme de zone de divergence -

Partie apicale : magma sommital (100 à 50% de magma) lentille de magma qui commence à cristalliser : mélange liq-cristaux Production de basalte Dans la chambre : gabbros semi cristallisé (90% ou + de cristaux et qq liq) Présence de gabbros lités autour Relief faible o Graben : bloc qui descend o Horst : bloc qui remonte Injection intermittente de magma dans la croute sous forme de poche indépendante Refroidissement et lithosphérisation progressive de la lherzolithe résiduelle Fluage lat de la lherzolithe résiduelle et injection intermédiaire de lherzolithe ou de magma dans la croute Fusion partielle avec un tx de moins élevé que dans la rapide de sorte que les Cpx de la lherzolithe fertile ne sont pas déstabilisés : le résidu réfractaire demeure lherzolitique Décompression quasi adiabatique de la péridotite asthénosphère

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Résidu de fusion forme manteau de péridotite Difficulté à extraire les liquides Poches de liq qui peuvent remontées Convection lente donc remontée des poches à la surface lente ; la majorité des poches est cristallisée avant d’arriver à la surface  gabbro Couche intermittente peu épaisse de MORB

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Magmatisme de zone de divergence

Failles transformantes Segmentation des dorsales par des failles transformantes qui décalent les dorsales médio-océaniques

Au niveau des failles transformantes, c’est un lieu de prédilection pour exhumer le manteau : manteau affleurant

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V.

Hydrothermalisme de la CO

Hydrothermalisme car un flux de chaleur au niveau des dorsales  convection : eau froide entre dans la CO Infiltration de l’eau de mer à proximité via les failles ou porosité des roches ; l’eau de mer se réchauffe et sort à l’aplomb de la dorsale : Infiltration et décharge où l’eau de mer se charge des éléments constitutif de la CO au fur et à mesure qu’elle se réchauffe ; puis remonte à la dorsale. On forme au niveau de la dorsale des édifices minéralisés. Vu que la T° diminue à la dorsale : précipitation et formation de fumeur noire ou blanche qui sont les zones de décharges (riche en Souffre, pH faible)

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