La dorsale atlantique au niveau de l’Islande : une dorsale et un point chaud?

1. Le magmatisme des dorsales et des points chauds • La dorsale atlantique au niveau de l’Islande : • une dorsale et un point chaud? • FR Boutin Les documents utilisés pour cette présentation proviennent des nombreux géologues qui publient sur Internet, en particulier C. Nicollet, C. Annen, D. Dungan, JP. Winter, T. Grand, le Laboratoire des Sciences de la Terre de Lyon, le CNRS, les cours de Pétrology de l’Université de Laval (Quebec) et de Washington (USA), Futura Sciences et WIKIPEDIA.

2. Le magmatisme des dorsales - Les dorsales résultent de la rupture de la lithosphère et de l’écartement de deux plaques sous l’effet de forces de traction. L’écartement des bords est de 1 à 20 cm par an (10 à 200 Km en 1 million d’années). - La montée de l’asthénosphère et l’amincissement de la lithosphère entraînent un enfoncement de la croûte au niveau de la dorsale de l’ordre du Km. - Du volcanisme apparaît : la lave bouche les fissures qui se forment créant une nouvelle croûte (océanique) car à cause de la subsidence, le volcanisme est le plus souvent sous l’eau. Ouverture d’une dorsale en Islande

3. Ouverture des rifts et des dorsales Remontée de l’asthénosphère Amincissement de la lithosphère par formation d’un rift Subsidence de la croûte Volcanisme de rift Ouverture de la dorsale Volcanisme des dorsales Subsidence de la dorsale Les contraintes de traction Fusion des eutectiques près de la surface Les rifts correspondent à une remontée de l’asthénosphère qui crée des forces de traction à l’origine de la rupture des plaques et une modification du géotherme.

4. Modification du geotherme au niveau des dorsales 1200°C 1200°C Le flux de matière au niveau des dorsales (flèches blanches) est de l’ordre du quelques cm/an. Le transfert de chaleur lié à ces mouvements de matière est supérieur au transfert de chaleur par conduction. C’est ce qui explique le resserrement des isothermes au niveau des dorsales. La position de l’isotherme 1200°C (courbe rouge), limite entre la lithosphère et l’asthénosphère, est, au niveau des rifts et des dorsales, proche de la surface. La lithosphère qui a alors une épaisseur considérablement réduite peut se rompre sous l’effet des forces de traction.

5. Pourquoi les mouvements de convection modifient le géotherme? Dans les solides, le transfert de chaleur se fait essentiellement par conduction alors que dans les liquides, la convection joue un rôle important. Voyons ce qui se passe lorsqu’il y a conduction et convection dans le manteau. Par conduction, la chaleur « pénètre » dans les roches de : 1 cm en 1 jour 20 cm en 6 mois 20 m en 10000 ans 200 m en 1 million d’années 2 Km en 100 millions d’années Par convection, lorsque le déplacement est de 1cm par an, la chaleur « avance » de : 0,002 cm en 1 jour 0,5 cm en 6 mois 100 m en 10000 ans 10 Km en 1 million d’années 1000 Km en 100 millions d’années exemples : le refroidissement nocturne, les changements de température hivers/été le permafrost, la fonte des glaciers Conclusion : sur des périodes longues, de plusieurs millions d’années, les mouvements de convection ont une influence sur la répartition des isothermes beaucoup plus grande que la conduction thermique.

6. L’ouverture d’une dorsale L’ouverture d’une dorsale est le résultat d’un processus répétitif comportant les étapes suivantes: 1 - Les forces de traction qui séparent les plaques de 1 à 15 cm par anprovoquent un allongement élastique de la croûte océaniquede part et d’autre de la dorsale. Cet allongement est maximal au droit de la dorsale. 2 - La rupture de la croûte tous les 10 à 100 ans provoque un retour élastique des plaques et l’ouverture brutale de fissures larges d’environ 1 mètre et de plusieurs kilomètres de long. 3 - Le remplissage des fissures par du magma basaltique provenant d’une chambre magmatique située sous la dorsale formée à l’ouverture de la dorsale 4 - Arrêt de l’éruption après refroidissement des laves en surface La solidification du magma « soude » alors à nouveau les deux plaques : le lent allongement élastique des plaques va recommencer.

7. Le complexe filonien ou séquence ophiolitique La répétition du processus que nous venons de décrire est à l’origine d’une série de roches qui forment ce que l’on appelle le complexe filonien ou la séquence ophiolitique. Cette séquence comporte : - une coulée de basalte en surface. Lorsque la coulée se produit sous l’eau on observe la formation de lave en coussins. La surface des coussins est souvent un verre et le cœur un basalte grossier. - des filons remplis de basalte en profondeur.Ils sont constitués de dolérite - à plus grande profondeur, la solidification forme un gabbro isotrope et - lorsqu’une ségrégation se produit dans la chambre magmatique, le remplissage irrégulier de la chambre entraîne la solidification sur les cotés de la chambre magmatique qui se séparent des lits de gabbro « lité » . - enfin sous les gabbros, on trouve le manteau : lhertzolite (LOT: dorsale lentes) ou hartzburgite (HOT : dorsales rapides). La séquence ophiolitique est un marqueur de l’ouverture d’un océan.

8. Coupe schématique d’une dorsale (lente) lave basaltique (sous l’eau lave en coussins) Écartement des plaques rift Filons de dolérite de gabbro isotrope Gabbro lité Isotherme 1200°C Lhertzolite ou Hartzburgite La décompression au droit d’une dorsale permet d’extraire le magma formé dans l’asthénosphère. Cas d’une dorsale lente : 2cm/an

9. La sequence ophiolitique : les laves en coussins Lave en coussins observées enOman, Traces laissées par une dorsale il y a 85 millions d’années.

10. Lave en coussins filmées sous l’eau (Galapagos)

11. Cortex vitreux d'un pillow lava (zone supérieure noire) Radiolarites et Basaltes en coussins en Oman Les premiers sédiments, des radiolarites rouges et jaunes, viennent se mouler sur les laves en coussins. Noter le grain du basalte dans un coussin : grossier et isotrope au centre, fin et en prismes en allant vers l’extérieur. On trouve aussi à la surface, une couche dont la structure est celle d’un verre.

12. Filons de dolérite observés • en Oman Détail : filons de dolérite La dolérite a la même composition qu’un basalte mais la microstructure est intermédiaire entre celle du basalte (roche volcanique) et le gabbro (roche plutonique). Les filons de dolérite sont une des caractéristiques de la séquence ophiolitique.

13. Gabbros lités observés en Oman Lits plus ou moins sombres de gabbro correspondant à des teneurs en Fe + Mg variables. Sous les couches de gabbros, on peut trouver les péridotites de la lithosphère.

14. Le basalte des dorsales - La composition des basaltes du plancher océanique formé dépend du type de la dorsale : avec une dorsale rapide (HOT), le manteau a été appauvri et c’est une Hartzburgite qui produit le basalte. Le basalte est alors pauvre en diopside : c’est un basalte tholeiitique voir un basalte à olivine qui se forme. avec une dorsale lente (LOT), c’est une Lherzolite qui produit le basalte avec un taux de fusion faible : le basalte est un basalte à hyperstène voir un basalte tholeiitique. LOT : Lherzolite Ophiolite Type HOT : Hartzburgite Ophiolite Type MORB : Mid ocean ridge basalt HOT LOT

15. Le basalte des dorsales Ce triangle est la base du tétraèdre du basalte (le diopside n’est pas représenté et l’anorthite n’est pas dans le plan). La composition du magma dépend de la pression et du taux de fusion du manteau. Lorsque le taux de fusion augmente, le basalte devient un basalte tholeiitique à olivine. Olivine (Mg,Fe)2SiO4 Picrite Basalte tholéiitique à olivine Basalte tholéiitique Basanite ou basalte alcalin ou basalte sous saturé Enstatite Mg2Si2O6 Basaltes à hyperstène (ou à Enstatite) Profondeur 10 Kb = 1GPa : 37 Km 30 Kb = 3GPa : 110 Km Tholéiite à quartz Quartz SiO2 Nepheline (Na,K)AlSiO4 AnorthiteCaAl2Si2O8

16. Komatiite Dolerite Anorthite Orthose Riche en Na Riche en Ca Diopside Les magmas : Peridotite Basalte à olivine Basalte tholéitique Basalte alcalin Basalte andésitique (milieu hydraté) Albite Le basalte des dorsales dans la classification de Mason Basalte des rifts : le basalte alcalin Basalte des dorsales (MORB) : basalte tholéiiique plus ou moins riche en olivine Basalte des points chauds (OIB) : basalte tholéiitique au début, basalte alcalin ensuite Basalte des subductions : basalte andésitique

17. De part et d’autre de l’ouverture de la dorsale, le refroidissement de l’asthénosphère et de la croûte océanique formée entraîne une subsidence thermique de l’ordre du 1500m en quelques dizaines de millions d’années d’où le profil particulier du plancher océanique. Profil du plancher de l’Océan Atlantique

18. Le magmatisme des points chauds Un point chaud : Hawaï

19. Le magmatisme des points chauds - Un point chaud résulte des mouvements de convection provenant du manteau profond, peut être même de la limite entre le manteau et le noyau. - Plusieurs explications sont possibles : fusion de plaques anciennes en subduction, fusion de postperovskite an niveau du noyau, mouvements dans le manteau inférieur, radioactivité locale très élevée… : rien n’est prouvé - Ce flux modifie considérablement le géotherme. - Des réservoirs intermédiaires semblent exister. Postperovskite liquide?

20. Àun point chaudles zones rigides sont fondues, le magma peut alors s’écouler librement Point chaud - Le magma qui arrive à la surface correspond à un mouvement profond dans l’asthènosphère : le uppwelling. - Ce mouvement entraîne une modification des isothermes. - Le magma fond par décompression, près de la surface. - Le magma est un basalte tholeiitique. - Mais ce magma très chaud, s’il fond la croûte qu’il traverse, s’enrichit en silice et alcalins. On peut donc observer des variations dans la composition du magma. - Le magma très liquide forme des coulées de lave sans explosion. Les volcans qui ont généralement débutés sous l’eau forment des dômes (boucliers) et parfois créent d’immenses écoulements : les trapps. - L’écoulement de magma à un point chaud se poursuit tant que le manteau est fertile. Un point chaud comme Hawaï existe depuis plus de 65 millions d’années. Le point chaud de La Réunion serait à l’origine des trapps du Deccan il y a 65 millions d’années, lorsque l’Inde se trouvait sur ce point chaud. Croûte océanique Upwelling 49

21. Point chaud de l’île de La Réunion

22. La lave • des points chauds : • type “aa” • sur les bords, • (cheire dans la • Chaîne des Puys) et lave type “pahoehoe” au centre. La surface rugueuse est due à un dégazage au moment de la solidification. Lorsque la surface est lisse, les gaz sont restés piégés dans le solide. Les laves basaltiques d’un point chaud (Hawaï)

24. Les trapps : laves basaltiques du Deccan près de Matheran (Inde)

25. Volcanisme des points chauds - Les points chauds provenant du manteau profond sont des points fixes .par rapport au déplacement des plaques. Les volcans des points chauds : îles d’Hawaî, de la Réunion, des Gambiers… sont donc alignés et permettent de mesurer le mouvement des plaques : la direction et le déplacement (11 cm par an pour l’atoll de Mururoa par exemple). - La croissance moyenne des volcans des points chauds est de l’ordre de 3 mm par an, soit 3 Km en 1 million d’années. L’enfoncement de ces volcans dû au poids est de 1 à 2 Km. - La composition des basaltes des points chauds évolue : - basalte tholeiitique à Hyperstène à la base (au tout début sous l’eau) - basalte alcalin à Néphéline lors du développement aérien. - Lorsque le pourcentage de fusion est élevé, le basalte formé est un basalte à olivine (sables verts à noirs provenant du Piton de la Fournaise) et éventuellement une péridotite.

26. L’alignement des îles d’Hawaî n’est pas parfait… mais bon, le « panache » qui alimente ces volcans bouge peut être un peu…

27. Après l’arrêt du volcanisme… L’enfoncement des volcans dû au refroidissement de la lithosphère et de l’asthénosphère est de 0,7mm/an à Tahiti. Après quelques millions d’années cet enfoncement est de 1000 à 2000m. Les restes du volcan sont sous l’eau ce qui permet au récif corallien de se développer et de former sur les basaltes une couche de calcaire.

28. Le résultat : au centre les restes du volcan entourés d’un lagon et d’un récif corallien La prochaine fois, on parlera du volcanisme des subductions