Partie 3 : le domaine continental et sa dynamique

● Présenter les caractéristiques principales d’une zone de subduction : relief, localisation,

contexte géodynamique et activités géologiques principales.

● Expliquer comment certains phénomènes géologiques de la subduction permettent la

mise en place d’une activité magmatique.

Thème 1 : les zones de subduction et leur activité magmatique

Objectifs

Activités à réaliser

● Exploiter et mettre en relation les différentes ressources mises à votre disposition pour

répondre aux deux objectifs.● Réaliser l’étude des roches fournies (échantillon + lame mince). Pour cette étude, voir

précisions page 13.

Production attendue – pour le mardi 29/01

● Elaborer, par petit groupe (2 à 4 élèves), un compte rendu sous la forme d’un

diaporama contenant des illustrations, en particulier des photographies des roches

étudiées.

Partie 3 : le domaine continental et sa dynamique

Thème 1 : les zones de subduction et leur activité magmatique

Critères de réussite de la production

● Contenu répond aux deux objectifs

● Contenu scientifique exact

● Contenu illustré par des photographies, schémas ….

● Présence de photographies des roches (échantillon et/ou lame mince) avec légendes

complètes et exactes

● Contenu organisé en parties, paragraphes ….

● Qualité de l’expression

http://media.web.britannica.com/eb-media/65/105565-050-DFEBD275.gif

1. Les contextes géodynamiques au niveau des frontières de plaques

https://dnr.mo.gov/geology/geosrv/geores/understandeqs.htm

2. Les mouvements de divergence et de convergence au niveau des frontières de plaques

volcanoes.usgs.gov

3. Tectonic map showing active volcanoes, plate boundaries, and the Ring of Fire

Nuées ardentes sur volcan Merapi (Indonésie - 2010)

Vidéo : Eruption Mont Unzen (1991)

Mont Saint Helens(Etats Unis - 1980)

Printemps 1980. Voilà quelques semaines que le Mont St Helens, volcan situé à 150 kilomètres de Seattle, montre les signes d'une activité magmatique en profondeur alors que le massif montagneux de la chaîne des Cascades, produit de la collision entre la plaque Pacifique et le continent nord-américain, était endormi depuis 1842. L'augmentation croissante des tremblements de terre secouant cette région de l'Etat de Washington pousse l'USGS (Service géologique américain) à mettre la montagne sous surveillance permanente dans l'attente d'une éruption, mettant fin à une phase de 150 ans d'inactivité.

Le 27 mars puis le 29 mars, une série d'éruptions phréato-magmatiques (éruptions de vapeur chauffées par le magma) et gazeuses sont visibles au sommet du cratère. Cinq jours plus tard, devant des signes de plus en plus alarmants d'une imminente éruption majeure, le gouverneur de la région déclare l'état d'urgence. La zone entourant le volcan sera quelques semaines plus tard totalement interdite à la population.

Le 18 mai à 7 heures du matin, le géologue David A. Johnston transmet les données télémétriques sur l'état du volcan. Celui-ci semble en activité normale, les émissions de dioxyde de soufre, la température et la croissance du dôme, qui atteint maintenant 150 mètres de haut, ne montrent rien d'anormal.

A 8 heures 32 minutes et 17 secondes, un tremblement de terre de magnitude 5,1 sur l'échelle de Richter se déclenche sous la pente nord du volcan, entraînant l'un des plus gros glissements de terrain jamais enregistrés par l'Humanité. La masse de roches mise en mouvement se déplace à 250 km/h sur des distances de plus de 20 kilomètres, recouvrant des vallées entières de plus 200 mètres de gravats en moyenne.

A gauche, l'éruption phréatique du Mont St Helens, le 27 mars 1980. A droite, le dôme cryptomagmatique au mois d’avril. Les signes annonciateurs d'une éruption majeure et imminente sont réunis. L'état d'urgence a été décrété et les habitants ont quitté la région (Crédit : USGS / Cascades Volcano Observatory). Durant les semaines qui suivent, malgré l'absence d'éruptions, la forme du volcan se modifie et une énorme bosse de lave solidifiée grossit de deux mètres par jour sur le flanc nord de l'édifice. Un mois plus tard, ce dôme adventif s'élève à plus de 120 mètres de hauteur et remplit une bonne partie d'un ancien cratère formé 350 ans plus tôt.

Le départ du dôme de lave qui recouvrait le volcan lors du glissement de terrain a produit le même effet que le bouchon d'une bouteille de champagne. Le magma contenu à l'intérieur du volcan, qui poussait progressivement la lave solidifiée vers l'extérieur, est maintenant libre d'être entièrement expulsé. Quelques secondes après l'effondrement du dôme sur les flancs de la montagne, toute la partie supérieure du volcan est transformée en un nuage pyroclastique de plusieurs centaines de degrés qui dévale les pentes du volcan à des vitesses vertigineuses.

L'effet de l'explosion du volcan est gigantesque et la région sera complètement dévastée dans les 30 kilomètres aux alentours. David A. Johnston, ainsi que 57 autres personnes présentes dans cette zone, ne survivront pas à l'arrivée du nuage pyroclastique, déplaçant gaz et cendres à des vitesses proches de celle du son. La forêt sera également anéantie, ce qui conduira à des paysages similaires à ceux de Toungouska en Sibérie. L'explosion de 0,2 kilomètre cube de lave sera entendue à des centaines de kilomètres de là, en Californie et en Colombie-Britannique.

Le Mont St Helens avant et après l’éruption du 18 mai 1980, vu du Johnston Ridge. La montagne a perdu 400 mètres de hauteur et la forêt 600 kilomètres carrés.Crédit USGS/Cascades Volcano Observatory

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/geologie-il-y-30-ans-mont-st-helens-explosait-23788/

4. L’histoire de l’éruption du Mont St Helens.

5. Le magmatisme de subduction

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/04_subduction_plaques/00_intro.htm

Dossier CNRS : Subduction Dossier éduterre : Subduction

Document 1 : Composition chimique des andésites et des basaltes (d'après http://planet-terre.ens-lyon.fr)

Remarque : la composition chimique des roches correspond à celle du magma à l'origine de ces roches.

Document 2 : Teneur en SiO2 et viscosité d'un magma (d'après http://planet-terre.ens-lyon.fr)

Plus un magma est riche en SiO2, plus il est visqueux. En effet, le nombre de liaisons possibles entre atomes de silicium (Si) et d'oxygène dans les magmas explique leur viscosité : plus la teneur en SiO2 est forte, plus le nombre de liaisons possibles est grand et plus la viscosité du magma est importante.

Document 3 : Origine et comportement des gaz des magmasLa teneur en gaz d'un magma dépend de la quantité initiale de liquide présent dans le magma et en particulier de sa teneur en H20. Lorsque le magma se forme, le gaz est dissout dans le magma car la fusion se réalise en profondeur et donc à haute pression (dans une bouteille de champagne, tant que l'on n'a pas ouvert le bouchon, tout le gaz est aussi dissout, on ne voit pas de bulles, que du liquide). Lorsque la lave remonte vers la surface, la pression diminue car le poids des roches au dessus de la lave est de moins en moins fort. Lorsque la pression devient assez faible, les gaz dissous sont « libérés » sous forme de bulles (on a ouvert le bouchon de la bouteille de champagne).

Les principales roches magmatiques des zones de subduction sont les andésites et les granodiorites.

http://plate-tectonic.narod.ru/sierraphotoalbum.html

http://geologycafe.com/class/chapter7.html

6. Les batholites de la côté ouest américaine

Les batholites sont de très grands massifs de composition granitique ou granodioritique qui se forment dans les contextes de subduction entre une lithosphère océanique et une lithosphère continentale. Les batholites actuelles de la Sierra Nevada ont une dimension d’environ 650 km de long pour 110 km de large. Leur présence en surface s’explique par l’érosion qui a supprimé les couches superficielles. Les roches sont produites à partir d’un mélange de magmas entre un magma basique, d'origine mantellique et un magma granitique formé par fusion partielle de la croûte continentale.

http://christian.nicollet.free.fr/

Granodiorites de la Sierra Nevada

Evolution de quelques caractéristiques de la lithosphère océanique au cours

de son évolution

7. Les conditions de la subduction

Cartes des âges (en millions d'années, Ma)des fonds océaniques obtenus par le magnétismehttp://planet-terre.ens-lyon.fr/article/geophysique-fonds-oceaniques.xml

d’après CNRS – Les zones de subductionhttp://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/04_subduction_plaques/01_terrain/03a.htm#02

7. Les conditions de la subduction

8. Subduction et métamorphisme

Au cours de la subduction, les roches de la plaque

lithosphérique plongeante qui étaient en surface,

ou proche de la surface, se trouvent

progressivement emportées dans des zones de

plus en plus chaudes, et de plus en plus

profondes, c’est-à-dire soumises à des pressions

croissantes, ainsi qu’à des modifications de

températures.

Sous l’effet de cette augmentation de

température et de pression, les roches se

transforment. Ces transformations, qui

s’effectuent à l’état solide, sont qualifiées de

transformations ou réactions métamorphiques.

Des minéraux typiques des domaines de

température correspondants apparaissent.

L’évolution d’un gabbro est représentée sur le

diagramme ci-contre qui indique le « trajet » de

cette roche et donc des changements

minéralogiques subis.

Le métamorphisme des zones de subduction est du type

haute pression - basse température (HP/BT) :

typiquement schistes verts, puis schistes bleus, puis

éclogites.

le métagabbro à glaucophane est une roche

appartenant aux schistes bleus.

le métagabbro à hornblende est une roche

appartenant aux schistes verts.

8. Subduction et métamorphisme

Les gabbros de la lithosphère océaniques sont ainsi progressivement transformés par métamorphisme en

métagabbros.

Le tableau ci-dessous indique la composition minérale moyenne des métagabbros du domaine « schistes

verts » (métagabbro 1), du domaine « schistes bleus » (métagabbro 2), puis du domaine « éclogites »

(métagabbro 3).

Des indications sur les transformations métamorphiques et leur chronologie sont fournies sur le

site http://viasvt.fr/subduction-metamorphisme/subduction-metamorphisme.html

Métagabbro 1 :Schistes verts

Métagabbro 2 :Schistes bleus

Métagabbro 3 :Eclogites

le métagabbro à glaucophane est une roche

appartenant aux schistes bleus.

le métagabbro à hornblende est une roche

appartenant aux schistes verts.

d’après CNRS – Les zones de subductionhttp://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/04_subduction_plaques/01_terrain/03a.htm#02

Fusion dumanteau hydraté (péridotites)

8. Subduction et métamorphisme

métagabbro à hornblende

éclogite à grenat

métagabbro à glaucophane

diorite

andésite

Roche à structure microlitique- quelques gros cristaux- quelques petits cristaux oumicrolites- du verre : matière non cristallisée

Etude des roches : échantillons et lames minces

Echantillons de roches à disposition :

- roches magmatiques - roches métamorphiques

Observations à réaliser à l’oeil nu sur l’échantillon (œil nu) et au microscope polarisant sur la lame mince :

- déterminer la structure de la roche

- déterminer le nom des principaux minéraux constitutifs de la roche (à l’aide de la fiche de reconnaissance fournie) – voir utilisation du microscope polarisant page 15.

Roche à structure grenue-uniquement des cristauxvisibles, pouvant être de taillevariable.

Analyseur : bague mobile permettant de réaliser une observation sans (LPNA) ou avec (LPA) l’analyseur.

Polariseur : dispositif fixe de polarisation