Chapitre 3 - Divergence et phénomènes liés

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1 Chapitre 3 - Divergence et phénomènes liés Le chapitre précédent a montré la réalité de la tectonique des plaques et notamment la création permanente de lithosphère nouvelle dans l axe des dorsales océaniques. Il nous faut maintenant découvrir les mécanismes qui permettent cette création, et s interroger sur le devenir de la lithosphère océanique lorsqu elle vieillit, c est-à-dire lorsqu elle s éloigne de la dorsale. I- Les dorsale : frontières de plaques ne extension cf TP1 1- Caractéristique des dorsales Les dorsales sont des reliefs océaniques élevés de quelques milliers de mètres, larges de 1000 à 2000km et dont le sommet atteint environ 2500m sous le niveau de la mer Elles couvrent plus du tiers de la surface terrestre Ex dorsales médio atlantique : 60000km de long Elles sont le siège d une activité tectonique : séisme superficiels, volcans localisés dans une zone étroite autour de l axe, et failles. 2- Une morphologie particulière Les séismes superficiels présents au niveau des dorsales sont liés à des failles résultantes du phénomène d extension : - La zone centrale est caractérisée par des Failles normales : parallèles à l axe de la dorsale (rejet de 1 à 200 cm) et nombreuses fissures parallèles (rejet de quelques cm) - Failles transformantes : perpendiculaires à l axe de la dorsale. Elles témoignent d une différence de vitesse d extension et traduisent un phénomène de coulissage Elles découpent la dorsale en segments de 50 km (Atlantique) à 100km (Pacifique) 3- qui varie selon la vitesse d expansion Dorsales lentes : 0.5 à 4cm/an grand fossé d effondrement = rift large d environ 30km et 2km de profondeur En effet au niveau de la dorsale, les forces d extension entraînent un amincissement de la lithosphère océanique. Cet amincissement entraîne par subsidence* tectonique un effondrement de la partie axiale du niveau du rift. Les déplacements au niveau des failles normales bordant le rift entraînent un effondrement et sont caractéristiques d une zone soumise à un étirement perpendiculaire à cet axe. Ex dorsale médio atlantique Dorsales rapides >5cm/an : vallée axiale mal marquée voire absente Activité magmatique plus abondante Ex dorsale est pacifique

2 II- Les dorsales : siège d une activité magmatique 1- La formation du magma (TD 1) Au niveau de la dorsale, l étirement dû au mouvement de divergence affine la lithosphère et donc fait remonter l isotherme 1300 C. (d où le flux de chaleur important). Or l isotherme* 1300 C, marque la limite entre la lithosphère et l asthénosphère Donc sous les dorsales, la lithosphère est peu épaisse (environ 10km) et la limite supérieure de l asthénosphère est à une profondeur inférieure à la normale. (Remarque : la croute conserve son épaisseur mais le manteau lithosphère devient plus fin) Les péridotites de l asthénosphère sont donc soumises à un mouvement d ascension : elles subissent donc une décompression (diminution de la pression) et ce sans perdre de chaleur (adiabatique) : car l asthénosphère remonte plus vite qu elle ne se refroidit. On a pu déterminer en laboratoire qu une péridotite située à 160 km de profondeur est encore à l état solide. Lorsqu elle atteint une profondeur de l ordre de 80 km, sa température est de 1300 C environ d après le géotherme* de dorsale : la fusion partielle* peut alors débuter. Le liquide issu de la fusion partielle des péridotites s accumule pour former un magma*. Le magma s accumule dans une chambre magmatique située dans la croûte océanique. Cette chambre magmatique a été mise en évidence par des techniques de sismique réflexion au niveau des dorsales rapides, qui montre une zone de faible vitesse sous croûte que l on interprète comme la présence d une poche de magma Les dorsales océaniques sont le siège d une production importante de magma, de l ordre de 20 km 3 par an, sur une bande de 1 à 2 km de large 2- La production de lithosphère à l aplomb de la dorsale La péridotite initiale ne fond que partiellement et donne naissance à un magma et à une péridotite résiduelle: Composition chimique des éléments qui fondent les - premiers : Al 2 O 3 et CaO - dernier : MgO (olivine fond en dernier) DONC - magma basaltique enrichi en Al 2 O 3 et Cao par rapport à péridotite initiale - Péridotite résiduelle appauvrie en Al 2 O 3 et Cao mais enrichie en MgO En se refroidissant le magma (de même composition chimique que le liquide de fusion partielle dont il provient) donne des basaltes (en pillows lavas) en surface et des gabbros en profondeur : ce qui forme la croûte océanique La péridotite résiduelle, qui correspond à la partie non fondue de la péridotite initiale n a pas la même composition chimique que cette dernière. Cette nouvelle péridotite constitue le nouveau manteau lithosphérique océanique L ensemble de la croûte et de la péridotite résiduelle forme la lithosphère

3 3- Les roches de la lithosphère océanique La lithosphère océanique nouvellement mise en place repousse de chaque côté la lithosphère océanique plus ancienne : il y a divergence. La lithosphère océanique est constituée du bas vers le haut de péridotites*, de gabbros* et de basalte* BASALTE GABBRO PERODOTITE Roche magmatique Volcanique effusive Plutonique Plutonique Refroidissement Rapide Lent Lent Structure Microlithique (hétérocristalline) Grenue (holocristalline) Grenue (holocristalline) Minéraux Verre + microlites feldspath plagioclase + Provient de Magma basaltique Magma basaltique Péridotite résiduelle III- Evolution de la lithosphère océanique 1- Modification des propriétés physiques cf TD 2 Evolution du flux thermique en fonction de la distance à l axe de la dorsale : une chaleur importante se dissipe à l axe de la dorsale Au niveau des dorsales, la lithosphère océanique, mince et chaude, flotte sur l asthénosphère. En s éloignant de la dorsale (expansion asymétrique et irrégulière), elle se refroidit, s épaissit. (eau de l océan et circulation hydrothermale refroidissent la croûte). Donc l isotherme 1300 C s enfonce avec le temps et donc la distance de la dorsale pour atteindre 100 à 120 km pour une lithosphère océanique âgée (donc loin de l axe de la dorsale). Cette isotherme permet de délimiter la lithosphère de l asthénosphère : ainsi, plus la lithosphère est âgée, plus elle est épaisse. Le refroidissement de la lithosphère océanique entraîne une augmentation de la densité de celle-ci (CO : 2.9 et manteau : 3.3), ce qui concoure à son enfoncement progressif (subsidence thermique). Donc quand on s éloigne de dorsale : épaisseur manteau augmente donc densité augmente! BILAN : une lithosphère épaisse de 100km est une lithosphère âgée ; la densité étant supérieur à celle de l asthénosphère, elle aura tendance à s enfoncer dans l asthénosphère déformable : phénomène de subduction 2- Hydratation de la lithosphère océanique - cassette Chenaillet DOC 17 p349 : Mise en évidence d une circulation hydrothermale dans la croûte océanique. L eau de mer peut s infiltrer à travers la jeune croûte océanique très fracturée, se réchauffer fortement au voisinage de la chambre magmatique et ressortir à une température d environ 350 C. il y a également des échanges d ions entre la roche et l eau : La comparaison de la composition de l eau de mer avec celle du fluide hydrothermal montre : - une acidification - une perte de Mg, Ca et Na - un gain en Fe, S, Mn : une partie se dépose autour des fumeurs noirs sous forme de sulfure métallique - Cette circulation hydrothermale* (=circulation de l eau) est à l origine de modifications chimiques importantes des roches de la lithosphère océanique par hydratation. Dans les gabbros, les pyroxènes réagissent avec les feldspaths plagioclase pour former des minéraux hydratés. Ces transformations minéralogiques se font à l état solide et à faible profondeur. On parle de métamorphisme* hydrothermal des roches doc p384 ABC Nathan : Au niveau des dorsales on trouve des cheminées appelées fumeurs (noirs ou blanc) en réalité ce n est pas fumée mais eau chaude qui sort

4 IV- Les marges passives et l océanisation 1 Caractéristiques des marges passives a marges actives passives : différences tectoniques et morphologique Les marges continentales sont des bordures de continents recouvertes par l eau. C est la transition lithosphère océanique et lithosphère continentale. - marges actives : o possède une fosse océanique o ont une activité sismique et volcanique très forte o sont en frontière de plaques - marges passives : o o o elles ont une morphologie différentes : elles possède un plateau continentale en pente douce dont la profondeur maximale est de 200m. Il se poursuit par un talus continental de pente plus forte qui se continu en glacis et se termine par une pleine abyssale. Elles ont une faible activité sismique et une activité volcanique absente. Elles ne sont pas en limite de plaques. b Une structure particulière de marges passives Le socle granitique des marges passives est formé de bloc séparé par des failles horizontales incurvées en cuillère appelé faille listrique. Le haut des blocs est incliné : on observe des blocs basculé c La sédimentation des marges passives Elle se réalise en trois temps (mis en évidence par sismique réflexion) : - sédiments horizontaux : ils ont une origine biologique et détritique continental. Ils sont déposés après le rifting, on parle de sédiments post-rift. (si abondant : marge grasse si non marge maigre) - Sédiment en éventail : ils sont étirés le long des blocs. Ce sont des sédiments syn-rift, c'est-à-dire qu ils se déposent en même temps que la divergence. - Les sédiments en contact avec le socle et incliné comme lui : ils se sont déposé avant le rifting. Ce sont les sédiments ante-rift. Lorsque les marges sont au niveau de grands fleuves : ces derniers apporte une grande quantité de sédiment ; on parle alors de marges grasses. 2 les marges passives : témoins de la formation des océans a formation du rift continental par phénomène de divergence - extension de la lithosphère continentale - amincissement de la lithosphère continentale ce qui crée des failles normales - remonté du moho (amincissement de la croûte) : flux thermique plus élevé - remonté de l isotherme et donc remonté de la sténo sphère. - Volcanisme et séisme - Subsidence en bloc basculé de quelques kilomètres b sédimentation Dépôt de sédiment selon les trois stades c Accrétion océanique (mer rouge) On a alors formation de basalte par fusion partielle de la sténo sphère (décompression adiabatique). Cette expansion écarte les deux groupes de blocs basculés : ce qui donne de part et d autre des marges passives. Remarque : le fossé rhénan et un rift avorté, c est-à-dire qu il n évoluera pas vers le stade mer rouge d océan ouvert On observe alors l éloignement des continents l un de l autre par création de basalte au niveau de la dorsale. Bilan : la marge passive résulte donc de la séparation d un continent par création d un océan. TP : - compléter schéma. - retrouver sur carte géologique les marges passives/actives. - retrouver les caractéristiques des marges. - schématiser et légender la structure géologique d une marge passive. - vidéo rift Afrique.

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6 LEXIQUE CHAP 3 Anterift : se dit d événements géologiques antérieurs à l installation d un rift lors d une tectonique en extension.( On peut dire aussi prérift.) Circulation hydrothermale : circulation d eau chaude au travers de fissures de la croûte océanique. Evaporite : dépôt qui se forme par précipitation chimique à la suite d une évaporation. Faille normale : faille qui se forme dans un contexte d extension. Fusion partielle : passage d un corps solide à un état présentant une phase solide et une phase liquide. Fluviatile : adjectif de fleuve. Se dit de sédiments transportés par les fleuves. Gabbro : roche magmatique plutonique grenue et holocristalline issue d un refroidissement lent d un magma et constituée de pyroxène, de feldspath plagioclase et secondairement d olivine. Roche caractéristique de la croûte océanique. Géotherme : courbe de température en fonction de la profondeur. Hétérocristalline : se dit de la structure d une roche présentant des cristaux de tailles différentes. Holocristalline : se dit de la structure d une roche entièrement cristallisée. Intrusive : voir plutonique Isotherme : ou courbe isotherme ; courbe joignant les points qui sont à une même température. Magma : liquide à haute température (au moins 600 C) qui donne des roches par solidification, soit à une certaine profondeur au cours d un refroidissement lent, soit en surface par refroidissement rapide de la lave. Marge continentale : Région immergée de la bordure continentale faisant le raccord avec les fonds océaniques. Marge continentale passive : marge continentale ne présentant pas d activité volcanique ni sismique importante. Métamorphisme : transformation d une roche à l état solide du fait d une modification des conditions de pression et/ou de température avec cristallisation de nouveaux minéraux. Microlite : petit cristal, non visible à l œil nu, en forme de baguette allongée. Microlitique : se dit de la structure d une roche magmatique volcanique présentant de nombreux microlites. Océanisation : étapes successives de la naissance d un océan. Péridotite : voir réf.1 Pillow-lava : lave en coussin. Se dit des basaltes des fonds océaniques issus d une lave qui s est refroidie très rapidement au contact de l eau de mer et formant des coussins. Plutonique : se dit d une roche magmatique issue d un refroidissement lent en profondeur d un magma. Postrift : se dit d événements géologiques postérieurs à la formation d un rift. Rift : fossé d effondrement caractérisé par la présence de failles normales. Rift continental : fossé d effondrement en milieu continental qui s est formé dans un contexte tectonique d extension. Structure ( d une roche) : arrangement relatif des minéraux constituants une roche. Subsidence : enfoncement progressif d un bassin sédimentaire. C est ce phénomène qui permet en particulier l accumulation sur de fortes épaisseurs de sédiments qui se sont cependant déposés sous une faible profondeur d eau. Ce terme s applique également à l augmentation de profondeur que subit la croûte océanique lorsqu elle s éloigne de la dorsale où elle s est formée. Synrift : se dit d événements géologiques qui se déroulent pendant la formation d un rift. Volcanique : se dit d une roche magmatique qui s est épanchée en surface.

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