L’origine du magma à l’aplomb des dorsales

Doc 7 : L’origine du magma à l’aplomb des dorsales

La plupart du temps, la remontée asthénosphérique à l’aplomb d’une dorsale est relativement superficielle, jusqu’à 300 km de profondeur maximum. Les données de tomographie sismique montrent qu’elle ne s’enracine pas profondément à la base du manteau comme le ferait un panache mantellique à l’origine des points chauds. La remontée ne serait donc pas active, mais se ferait passivement, compensant l’écartement. Dans le cas des dorsales océaniques, c’est donc l’extension qui provoquerait la remontée du manteau et non l’inverse. Des études montrent qu’un moteur supplémentaire est invoqué pour les dorsales rapides : la traction d’une plaque en subduction. Celle-ci serait à l’origine d’une plus grande vitesse d’extension. La remontée de l’asthénosphère est d’autant plus rapide lorsque l’écartement à la dorsale est important. Lorsque l’asthénosphère chaud remonte rapidement, la pression diminue brutalement mais la péridotite n’a pas le temps de se refroidir : on parle de décompression adiabatique. Cela déclenche la fusion partielle de la péridotite.

BILAN :  Dans un contexte de divergence des plaques de part et d’autre de la dorsale important (vitesse d’extension > 10 cm/an, exemple de l’océan Pacifique), l’étirement et l’amincissement de la lithosphère (conséquence du jeu de failles normales) favorise la remontée de l’asthénosphère. Cela entraîne la dépressurisation du manteau asthénosphérique avec une remonté de l’isotherme 1300°. Cette baisse de pression à température élevée (environ1300°C) déclenche la fusion partielle, à hauteur de plus ou moins 15%, de la péridotite de l’asthénosphère à l’origine du magma. En effet, en remontant rapidement (par convection) et verticalement, la péridotite asthénosphérique franchit son solidus, mais pas son liquidus. Pendant cette remontée, la pression diminue rapidement, mais la température ne varie que très peu : on dit de la péridotite qu’elle subit une décompression adiabatique. Ceci provoque sa fusion partielle. Le magma ainsi produit à une composition différente de la péridotite dont il est issu (car tout ne fond pas). La péridotite résiduelle (après la formation du magma) constituera le manteau lithosphérique.

C’est la fusion de la roche mantellique, la péridotite, qui donne naissance au magma dont le refroidissement donnera le gabbro et le basalte. La production de magma se fait par la fusion partielle des péridotites de l’asthénosphère qui s’accumulent dans une chambre magmatique sous l’axe de la dorsale. À partir de la péridotite de l’asthénosphère et de la fusion des minéraux dans le magma, une partie du magma s’épanche à la surface : formation du basalte ; une partie fond en profondeur : formation du gabbro et une partie ne fond pas : c’est la péridotite résiduelle de la lithosphère.

Hypothèsedorsalelente: Nous avons vu que la remontée du manteau provoquait sa fusion par décompression adiabatique. Or, pour que la péridotite subisse une diminution de pression sans perte de chaleur, la remontée doit être rapide (une dizaine de cm par an). Si la remontée est lente (quelques cm par an), il y a bien décompression, mais la péridotite a alors le temps de se refroidir, de s’équilibrer thermiquement avec son environnement plus froid. Il s’agit donc d’une décompression non adiabatique. Dans ce cas, la remontée mantellique ne s’accompagne pas (ou peu) d’une fusion de la péridotite.

Pour résumer, lorsque l’écartement à la dorsale est lent (< 5 cm/an, exemple de l’océan Atlantique), la remontée asthénosphérique l’est également. La péridotite subit alors une décompression non adiabatique et le manteau ne fond pas. Il existe donc des portions de dorsale magmatiques. Dans ce cas, le manteau arrive en surface directement au contact de l’eau de mer et des sédiments. Le plancher océanique des dorsales lentes est alors principalement constitué de manteau péridotiques, transformé au contact de l’eau de mer. [pic 1][pic 2]

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Que la dorsale soit lente ou rapide, les nombreuses failles et fractures de la croûte océanique permettent à l’eau de mer froide de s’infiltrer dans les profondeurs de la croûte, et jusque dans les péridotites du manteau superficiel. Là, des échanges thermiques et chimiques s’effectuent entre l’eau et les roches. Fortement réchauffée et chargée de particules métalliques, l’eau remonte alors et rejaillit au niveau des cheminées qualifiées de « fumeurs noirs ». Cette intense circulation hydrothermale brasse d’énormes volumes d’eau : on estime qu’à l’échelle mondiale, c’est l’équivalent de la moitié de l’eau de l’océan Atlantique qui passe chaque année par ce type de circulation hydrothermale[pic 3]

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