point chaud

Géologie
laury
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point chaud

Messagepar laury » 29 déc. 2011, 20:06

Merci d'être avec nous,
question sans doute basique mais, qu'est-ce qui différentie un magma de point chaud des autres? On nous a appris que le magma de point chaud vient du manteau profond mais à part ça? J'avoue que c'est pour ma connaissance à moi; je ne sais pas si ça sera diffusible aux élèves mais j'ai toujours pensé qu'il faut en savoir un peu plus qu'eux!
Pourquoi dans certaines zones c'est le manteau profond et pas dans d'autres?

Georges CEULENEER
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Re: point chaud

Messagepar Georges CEULENEER » 02 janv. 2012, 14:35

Bonjour et bonne année 2012!

Votre question:
"Qu'est-ce qui différencie un magma de point chaud des autres? On nous a appris que le magma de point chaud vient du manteau profond mais à part ça? Pourquoi dans certaines zones c'est le manteau profond et pas dans d'autres?"

Ma réponse:
Il n'y a pas de critère pétrologique ou géochimique absolu... Un magma ne peut être déclaré, avec certitude, "de point chaud" ... que lorsqu'il provient d'un point chaud! Donnez-moi une lave sans me dire où vous l'avez échantillonnée, je ne pourrai vous dire avec certitude si elle est issue de la différenciation d'un magma de point chaud, d'un magma d'arc ou de dorsale, voire, pour certaines d'entre elles, d'un magma lunaire (pour les magmas plus exotiques, comme les magmas martiens, il y a, heureusement, des critères géochimiques "absolus" comme la composition isotopique de l'oxygène...). Donc, j'aurai juste des soupçons et pourrai émettre certaines hypothèses raisonnables étayées par leur composition (phénocristaux, éléments majeurs, traces, isotopes...). Tout est une question de probabilité, et ce que l'on enseigne aux enfants, ce sont, bien naturellement et fort heureusement, les situations les plus probables: les magmas de dorsales sont de nature tholeiitique, les magmas d'arc sont calco-alcalins, et les magmas de point chaud plutôt alcalins. Mais il ne faut pas oublier que même si les laves de points chauds sont réputées de nature alcaline, les volcans de point chaud très actifs comme Hawaii et la Réunion émettent des tholeiites à plus de 99%! Pareil pour les grandes provinces magmatiques intraplaques comme les traps du Dekkan, le plateau d'Ontong Java, etc... Par ailleurs, des laves de type calco-alcalin ou alcalin ont été échantillonnées aux dorsales, c'est assez rare mais démontre bien qu'il ne faut pas faire systématiquement la bijection entre un processus pétrogénétique et un environnement tectonique. La nature est plus complexe et les conditions physico-chimiques conduisant à la production de tel ou tel magma peuvent varier dans le temps en un même site, et bien entendu d'un site à l'autre.

Venons-en au problème de la profondeur. La série tholeiitique (à laquelle appartiennent la plupart des MORB et, donc, une proportion importante de laves de certains points chauds) est une série qui s'explique bien par la fusion du manteau péridotitique à relativement basse pression. Il s'agit d'une série saturée en silice (la série de différenciation ne conduit pas à la cristallisation de minéraux sous-saturés comme les feldspathoïdes) ce qui implique que l'orthopyroxène, minéral riche en SiO2 (56%, le reste étant essentiellement du Fe, Mg, et un peu d'Al, Na, Ti...) contrôlait en partie la réaction de fusion. L'orthopyroxène n'est stable dans le manteau qu'à des profondeurs inférieures à 250 Km environ. Par ailleurs, les travaux expérimentaux montrent qu'au plus la pression est basse au plus la proportion d'orthopyroxène entrant dans le magma lors de la fusion partielle du manteau est importante. Enfin, dans la plupart des laves de dorsales, on peut montrer (grâce aux patterns de terres rares par exemple, je ne détaille pas les arguments) que le magma a été généré en l'absence de grenat dans la source, ce qui nous amène à de très faibles pression de fusion (moins de 80 Km de profondeur). Des critères de pétrologie expérimentale et de géochimie similaires (que je ne détaille pas non plus) permettent de montrer que les laves alcalines sont formées par fusion de faible degré à forte pression. Donc ces données un peu techniques sur les laves elles mêmes sont compatibles avec l'image que l'on se fait de la dynamique du manteau: on forme beaucoup de tholeiites dans des environnements d'expansion océanique (dorsales) où le manteau qui n'est pas particulièrement chaud, et donc commence à fondre par décompression à des profondeurs assez faible (vers 80 Km), la fusion pouvant se poursuivre jusqu'à des profondeurs très faibles (une dizaine de km) du fait de l'amincissement lithosphérique. Les magmas de point chaud se forment dans un courant convectif ascendant plus chaud que le manteau moyen (on estime qu'il peut être 300°C plus chaud que le manteau qui produit les laves de dorsales), le solidus (courbe de début de fusion dans un espace PT) de la péridotite pourra donc être croisé à des profondeurs beaucoup plus importantes atteignant plusieurs centaines de km, ce qui explique que la fusion du manteau peut se dérouler même lorsque la lithosphère est très épaisse. Les tholeiites de points chauds très actifs pourraient s'expliquer par la poursuite de la fusion à relativement faible profondeur là où la lithosphère est partiellement érodée par le courant convectif.

Une autre catégorie d'arguments qui a participé à l'image de fusion profonde sous les points chauds et peu profonde sous les dorsales que vous enseignez à vos élèves sont les arguments isotopiques. Les données isotopiques, au moins pour les isotopes d'éléments lourds, sont ce qu'on appelle des traceurs de la source car ils ne sont pas fractionnés lors de la fusion partielle ou de la cristallisation fractionnée. Donc une signature isotopique d'une lave est une image relativement directe de celle du manteau qui l'a produite. Il s'avère que les laves de dorsale ont une composition isotopique très homogène (encore que!) et les laves de point chaud très hétérogène. Cela peut s'expliquer par le fait que les laves de dorsales proviennent d'un manteau bien "brassé" par la convection, ce qui a permis d'homogénéiser sa composition isotopique, alors que les laves de point chaud proviennent de la fusion de parties du manteau qui sont restées isolées les unes des autres pendant des temps très longs, atteignant 2 à 3 milliards d'années (il faut du temps pour fabriquer une signature isotopique, c'est lié à la demi-vie des éléments radioactifs). Les géochimistes ont imaginé, sans pouvoir le démontrer, qu'il était plus facile d'expliquer l'isolement de portions du manteau à grande profondeur plutôt qu'en surface. Le modèle de terre à deux couches est issu de ce raisonnement: une couche profonde qui fond très peu souvent, uniquement lorsqu'elle est happée par un courant convectifs ascendant qui va donner un point chaud, et une couche superficielle qui fond à des fréquences beaucoup plus forte pour donner les laves de dorsales. N'oublions pas que le magmatisme de dorsale représente des volumes bien plus important que celui des points chauds, au moins actuellement (20 Km3 par ans pour les dorsales, moins de 5 Km3 par an pour les points chauds). Un argument beaucoup plus direct supportant l'origine profonde des magmas de point chaud est issu de la composition isotopique de l'hélium: certains volcans de point chaud ont des composition isotopique en He telles qu'il est certain qu'ils sont issus d'un manteau qui n'a pas dégazé depuis des milliards d'années, ce qui est aussi compatible avec une origine profonde. Actuellement, on pense que ce modèle est un peu simpliste et les chercheurs tâchent d'expliquer les données isotopiques en invoquant des processus plus sophistiqués, cela pourra faire l'objet d'une réponse ultérieure à vos questions.

Je terminerai sur un paradoxe: les laves de point chaud ne sont pas vraiment plus chaudes que les laves de dorsale (1200°C au maximum). Cela peut s'interpréter de deux façons: soit la théorie selon laquelle les laves de point chaud sont issues d'un manteau plus chaud est fausse (tout ce que je viens de vous dire ci-dessus s'écroule!), soit il existe des phénomènes de tamponnage de la température du magma en profondeur liés à la migration, à l'évolution de la densité du magma en réponse à la cristallisation fractionnée, etc... qui fait que les magmas très chauds ne peuvent atteindre la surface... Cela aussi nous pourrons en discuter ultérieurement.


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