Les subductions sont notamment caractérisées par un magmatisme au sein de la plaque chevauchante. Ce magmatisme est lié à l'hydratation des péridotites du manteau de la lithosphère de la plaque chevauchante, qui fait baisser la température de fusion partielle de ces dernières.
Généralités sur la subduction
Une zone de subduction est une marge active, de type convergente. Dans une subduction, une plaque subduite (aussi appelée plongeante), plonge sous une plaque chevauchante moins dense, qui peut être océanique ou continentale.
Subduction
Une subduction est une marge convergente où une plaque subduite plonge sous une plaque chevauchante moins dense.
Les subductions sont caractérisées par :
- Une fosse océanique plus ou moins profonde
- Des séismes localisés le long du plan de Wadati-Benioff, qui détermine la pente de plongement de la plaque subduite. Plus la lithosphère océanique plongeante est vieille, plus le pendage est important.
- Un volcanisme explosif de la plaque chevauchante
Formation et métamorphisme de la lithosphère océanique lors de la subduction
La lithosphère océanique se forme au niveau des dorsales océaniques. Elle est composée de sédiments d'une épaisseur variable selon la distance à la dorsale, de basaltes en coussins et en filons, de gabbros sur les 5 km les plus profonds et de péridotites appauvries (résidu de formation des magmas formant les basaltes et les gabbros). Ces roches sont caractérisées par du pyroxène, de l'olivine et du feldspath plagioclase.
Avec le temps, la lithosphère océanique va s'éloigner de la dorsale. Au cours de ce processus, la lithosphère se refroidit, s'épaissit et s'hydrate lors de l'hydrothermalisme. Les roches subissent un métamorphisme de basse pression/basse température. Elles passent par plusieurs états de stabilité : le faciès amphibolitique caractérisé par de la hornblende, le faciès schiste vert caractérisé par de l'actinote, l'épidote et de la chlorite. Les roches peuvent ensuite entrer en subduction et subir un métamorphisme haute pression/basse température. Elles entreront dans le faciès schiste bleu caractérisé par de la glaucophane et enfin un faciès éclogite caractérisé par de la jadéite et du grenat.
Avec l'éloignement, la lithosphère océanique va s'épaissir et sa densité va croître. Cette densité va devenir plus importante que la densité de l'asthénosphère. La lithosphère va alors plonger dans l'asthénosphère lors d'un phénomène appelé subduction.
Les changements métamorphiques que vont subir les basaltes et les gabbros vont entraîner la formation de métabasaltes et de métagabbros. Une attention particulière sera portée sur les changements subis par les gabbros.
Hydrothermalisme
L'hydrothermalisme est l'hydratation, la circulation d'eau dans la croûte et le refroidissement de cette croûte océanique au fur et à mesure de son éloignement par rapport à la dorsale.
Faciès schiste vert
Le faciès schiste vert est issu des basaltes et gabbros de la croûte océanique par métamorphisme hydrothermal basse pression/basse température. Il est caractérisé par la présence dans sa composition d'actinote, d'épidote et de chlorite.
Au cours de la subduction, par des contraintes compressives, la pression augmente, et par un métamorphisme haute pression/basse température, les roches passent du faciès schiste vert au faciès schiste bleu. Ce métamorphisme entraîne une déshydratation des schistes verts, c'est-à-dire que ce processus entraîne l'hydratation des péridotites de la plaque chevauchante. Le faciès schiste bleu est caractérisé par la présence de la glaucophane.
Faciès schiste bleu
Le faciès schiste bleu est issu des métagabbros et métabasaltes de faciès schiste vert par un métamorphisme haute pression/basse température. Il est spécifique du début de subduction et caractérisé par de la glaucophane.
Au fur et à mesure du plongement de la plaque subduite sous la plaque chevauchante, la pression augmente. Les schistes bleus passent à un faciès éclogite par le biais d'un métamorphisme haute pression/basse température, caractérisé par de la jadéite et du grenat. Ce métamorphisme génère une déshydratation des schistes bleus qui va accroître l'hydratation de la péridotite.
Faciès éclogite
Le faciès éclogite est issu des métagabbros et métabasaltes de faciès schiste bleu par un métamorphisme haute pression/basse température. Il est spécifique d'une subduction avancée et caractérisé par de la jadéite et du grenat.
Origine du volcanisme de la plaque chevauchante
Les roches entrent en fusion partielle quand les conditions de pression et de température dépassent le solidus de cette roche. La fusion est complète quand ces conditions dépassent le liquidus. Le solidus est diminué, ce qui signifie que la fusion partielle se produit à une température plus faible, quand la roche est hydratée.
Solidus
Le solidus est la courbe dans un graphique de pression/température qui sépare la zone où la roche est entièrement solide de celle où elle entre en fusion partielle.
Liquidus
Le liquidus est la courbe dans un graphique de pression/température qui sépare la zone où la roche est en fusion partielle, de celle où elle est entièrement liquide.
Au cours de la subduction, par les différents métamorphismes, les roches de la plaque subduite hydratées se déshydratent. L'eau migre et vient hydrater les péridotites formant le manteau supérieur de la plaque chevauchante. L'hydratation des péridotites fait baisser leur température de fusion et leur permet d'entrer en fusion partielle dans les conditions de pression et de température présentes dans la plaque chevauchante.
Les roches formées dans les zones de subduction
Le magma formé est visqueux, car riche en silice. Du fait qu'il soit trop visqueux, il va former des obstacles au bon écoulement de la lave. Le magma va alors se dégazer, les gaz vont s'accumuler, et quand la pression sera trop forte le volcan explosera, ce qui sera à l'origine de nuées ardentes (gaz, petits blocs et cendres à haute température).
- S'il refroidit en profondeur, le refroidissement sera lent, il forme des plutons de granitoïdes (comme la diorite) qui enrichissent la croûte continentale en roches issues du magma du manteau.
- S'il parvient à la surface, il est à l'origine d'un volcanisme explosif, caractérisé par des explosions avec nuées ardentes et laves visqueuses, avec libération d'une grande quantité de vapeur d'eau. Cela entraînera la formation de roches microlitiques comme des andésites et des rhyolites. Ces roches sont obtenues par un refroidissement rapide des magmas.
Que les roches formées soient plutoniques ou volcaniques, elles sont fortement hydroxylées (groupement \ce{OH} ). Cela confirme que c'est la plaque plongeante qui a hydraté la péridotite.
Ce volcanisme crée :
- Des arcs insulaires si la plaque chevauchante est océanique, comme par exemple aux Petites Antilles.
- Des chaînes de volcans continentaux si la plaque chevauchante est continentale, comme par exemple la Cordillère des Andes.
Volcanisme explosif
Le volcanisme explosif est un volcanisme caractérisé par des nuées ardentes et des laves visqueuses.
Arc insulaire
Un arc insulaire est une chaîne de volcans issus du magmatisme de zone de subduction.