1ère partie de l’épreuve Dossier.

LES MARGES ACTIVES

LES MARGES ACTIVES

Niveau : Terminale S Extrait du programme :

Philosophie du sujet et des documents

1) définition d’une marge active : limite active entre une plaque océanique et une plaque continentale = s’appuyer sur documents 2 et 3

2) caractéristiques générales d’une marge active a. divers types (connaissances générales) : décrochantes (F San Andreas),

subduction (cas des documents) b. généralités des marges actives subductantes (document 3 et 4 en détail,

document 2 pour aider) : i. géométrie = fosse de subduction, arrière-arc

ii. magmatisme calco-alcalin = document 4 iii. production des magmas CA par fusion hydratée du manteau = doc 4 iv. zones sismiquement actives v. initiation zone de suduction = document 3

vi. répartition = document 3 3) diversité des marges actives en subduction (documents 1 et 2 en détail)

a. marges en compression = Andes (doc 1) b. marges en extension = Egée (doc 2) c. causes de cette diversité : subduction ± facile (doc 3)

Document 1 : Carte topographique et gravimétrique des Andes centrales. Les triangles représentent les volcans actives. Les zones de chevauchement sont également indiquées.

Document 1 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

Les Andes centrales sont un exemple de marge active = s’en servir pour définir le concept, par exemple : limite entre une plaque continentale (Sud Amérique) et plusieurs plaques océaniques (cf. document 3). Contrairement à une marge passive, le contact entre les plaques est une zone de subduction. Caractéristiques des Andes centrales :

- une zone de subduction classique : o présence de volcans actifs o on peut supposer qu’ils produisent des laves à chimie calco-alcaline (s’appuyer

sur le document 4 qu’on aura exploité avant) o volcanisme explosif (fort taux de cristallisation, magmas visqueux) et forte

sismicité (plan de Watidi- Benioff) zones à risques pour les populations humaines

o présence d’une fosse océanique = pas indiquée sur la carte bathymétrique, mais forte anomalie de gravité positive près de la côte.

- Particularités des Andes. o Présence de hautes reliefs = 5000 – 6000m o Associés à un fort épaississement crustal = anomalie gravimétrique négative

importante o Causes ?

Volcanisme : apports de matériel par fusion du coin de manteau : sous-placage de magmas CA (granitoïdes CA) est un mécanisme proposé pour fabriquer de la CC. Suffisant pour un tel épaississement ?

Présence de chevauchements à l’est de la chaine Andine = système en compression, les Andes chevauchent le craton brésilien. Explique en partie l’épaississement crustal.

compression

NB : présence d’un plateau d’altitude, l’altiplano = zone bordée par des failles normales = extension en altitude. Effondrement gravitaire ?

Document 2 :

Carte géologique de la Mer Egée (entre la Grèce et la Turquie).

Document 2 (suite).

Les trajets Pression - Température des échantillons des roches des îles de Syros et Sifnos (localisation indiquée sur la carte) ont été obtenus à partir d’études pétrographiques et thermodynamiques.

Document 2 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

La zone de la mer Egée est aussi un exemple de marge active: limite entre une plaque continentale (Europe au N) et une plaque océanique (océanisantion méditerranée, pas visible sur le document 3). Caractéristiques de la Mer Egée :

- une zone de subduction classique : o présence de volcans actifs (exemple Santorin) o magmatisme calco-alcalin, explosif (mythe de l’atlantide), zone de forte

sismicité = risque o présence d’une fosse océanique = visible sur les cartes bathymétriques & géol

- Particularités de la Mer Egée

o Mer Egée = croûte continental arrière-arc immergée = altitude basse o Cette altitude basse peut être expliquée par un effondrement, assisté par les

nombreuses failles normales (détachements anciens en noir, et failles actives en rouge). Golfe de Corinthe est un rift.

o Métamorphisme en arrière-arc : Présence de roches métamorphiques dans les îles des Cyclades (ex :

Syros et Siphnos) Trajet P-T : faciès éclogite rétromorphosé en faciès schiste bleu ou

schiste vert = trajets HP-BT. Minéralogie basique suggérée par le diagramme P-T

(décrire les minéraux qu’on s’attend à trouver) formation : gradient typique de la subduction d’une croûte océanique

o Interprétation de ce métamorphisme et de sa position : 1) avant, la subduction était au niveau de ces îles. Métamorphisme 20

kbar = slab était 80 km au dessous de ces îles. Maintenant, plus au sud (volcans actifs sont 100km au dessus du slab)

et le métamorphisme actuel de BT-HP se fait en pronfondeur retrait du slab

2) pourquoi ces roches affleurent-elles actuellement ? exhumées. Présence de grandes failles normales (détachements) sans doute liées à cette exhumation.

Extension Bilan : pourquoi extension ou compression en arrière-arc ? s’aider du document 3.

- retrait de slab = slab qui plonge spontanément : vielle croûte océanique éclogitique dense qui plonge dans le manteau, subduction raide qui tire la plaque plongeante en arrière. L’arrière-arc devient une zone extensive.

- compression = slab qui ne plonge pas spontanément. Pourquoi ? Amérique du Sud = dorsales en subduction (Nord et Sud) = croûte océanique jeune, peu dense. Subduction plate, couplage important avec la CC sus-jacente : compression, épaississement, etc.

Document 3

Carte mondiale des âges des fonds océaniques

-180 Ma 0 Ma

Document 3 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

1) Obtention de ce type de données :

- Principe de la magnétostratigraphie - Anomalies magnétiques océaniques : expérience de Vine et Mattiews.

2) Interprétation de la carte

- Dorsales : âge jeune = formation de la croûte océaniques par accrétion - Quand on s’éloigne : âges de + en + vieux. - Âge maximum : -180 Ma. - Distinction ride lente (âges resserrés) et rides rapides (âges éloignés).

2) Explications

- Calcul de la densité moyenne de la LO en fonction de son âge et de son épaisseur

- Vers 180 Ma : devient plus dense que le manteau asthénosphérique : plonge (relation fosse des Mariannes – document 1 & 3).

- Eclogitisation vers –100km : densité >3.5 : entraîne le slab en profondeur Conclusion : moteur de la subduction, voire de la tectonique des plaques = plongée des slab lithosphériques. Lien avec les autres documents (à faire après avoir comparé 1 & 2): Une fois la subuction initiée, la relation age/ type de marge n’est plus vraie. Exemple : océan atlantique = zones à 180 Ma sans subduction ; Amérique de l’Ouest = dorsales qui subductent.

- subduction spontanée : slab est « lourd » et plonge par lui-même => effet de retrait de slab = arrière arc en extension. Cas de la mer égée

- subduction forcée : slab flotte, s’enfonce peu => couplage important avec la CC au dessus = arrière arc en compressio. Cas des Andes

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de TS : « L’évolution de la lithosphère océanique qui s’éloigne de la dorsale s’accompagne d’une augmentation de sa densité, jusqu’à dépasser la densité de l’asthénosphère : cette différence de densité est l’un des principaux moteurs de la subduction. À partir des densités moyennes de la croûte océanique et du manteau lithosphérique, calcul de la densité moyenne de la lithosphère océanique en fonction de son épaisseur et de son âge. Comparaison avec la densité de l’asthénosphère. » Typiquement dans le programme. Document d’appel pour une séance consacrée au moteur de la subduction. Rappel du programme de 1ère sur l’accrétion océanique et le vieillissement de la lithosphère océanique.

Document 4 – support concret.

- Lame mince d’une roche calco- alcaline

Document 4 : interprétations Interprétation scientifique (niveau Master)

Lame mince & échantillon macroscopique

- petits feldspaths blancs - pâte gris clair - Minéraux bruns en LPNA, et coloré en LPA, clivage à 120° = amphiboles

(hornblende brune). c’est une andésite (roche volcanique).

Conclusion : Andésite = roche calco- alcaline (souvent), contient des minéraux hydratés (amphiboles). S’explique par le mode de formation des laves calco- alcalines dans les zones de subduction : déshydratation du slab plongeant, fusion par hydratation du coin de manteau, formation de magmas riches en eau.

Didactisation du document et utilisation en classe de TS

Programme de TS : « Etude (texture, composition) de roches magmatiques : volcaniques (andésite, rhyolite) et plutoniques (granitoïde).(…) Le magma provient de la fusion partielle des péridotites au-dessus du plan de Bénioff, cette fusion est due à l’hydratation du manteau.» Ajouter une analyse chimique des différents types de basaltes : CA, alk et thol : les basaltes CA sont hydratés, et riches en éléments incompatibles (K…). Diagramme pression- température pour expliquer les autres formes de métamorphisme dans les zones de subduction.