Les origines de la croute continentale.

Modérateur : Christian NICOLLET

Frederic Labaune
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Les origines de la croute continentale.

Messagepar Frederic Labaune » 20 juin 2014, 10:26

Bonjour.

Dans le forum, vous nous avez parlé d'un article de remise à niveau que vous avez publié dans un bulletin de l'APBG - lien vers le topic - lien vers l'article (pdf)
C'est un article à lire absolument et s'il est bien construit, avec de bonnes explications, une iconographie adéquate, certains passages appellent des questions.
Je vous propose de répondre aux questions que vos lecteurs pourraient avoir, dans ce fil.

Q1 - En fin de page 2, vous dites "il n'est pas possible de "sauter" une étape et de produire, par exemple, un magma intermédiaire à partir de la fusion partielle d'une péridotite du manteau"
Si l'on comprend les propos qui suivent cette affirmation, dans les zones de subduction, il ne nait pas un magma andésitique (genre de chose que je dis à mes élèves... aussi dans un but simplificateur), mais un magma basaltique...
Un magma "andésitique" issu directement de la fusion partielle de la péridotite est possible, mais il apparait alors que le taux de fusion partielle est bas et donc il y aurait trop peu de magma produit, il ne sortirait pas de la roche mère.
Page 3, vous donnez des ordres de grandeur des taux de fusion partielle. Que l'on soit à quelques % à 20% dans tous les cas, c'est déjà un magma capable de sortir de la roche mère et donc ça serait un magma forcément basique.
J'ai bon ?

Dès lors, pour avoir, à partir d'un magma basaltique une roche plus acide, il faut procéder par contamination crustale (ce qui amène d'autres questions), cristallisation fractionnée... et mélange de magma (mais là, pour du lycée, on laissera tomber...)

J'ai trouvé sur le web un schéma visiblement scanné dans un manuel scolaire

Image

On peut dire qu'il présente quelques erreurs et je me suis "amusé" à apporter quelques "corrections"

Image

Q2 : sur la partie gauche du schéma, il y a, à mon sens, un gros problème dans la définition de la lithosphère. Si elle correspond à une limite thermique (isotherme 1300 °C), elle ne peut pas avoir l'allure du premier schéma... mais peut-être que mon ajout (en vert différent du reste) n'est pas non plus très juste. Qu'en pensez-vous ?
Cette limite lithosphère/asthénosphère est toujours mal représentée dans les schémas de subduction.

Q3 : J'ai remonté le départ d'eau des roches métamorphiques, mais sans doute pas encore assez. Dans un contexte de subduction océan/continent, si l'eau sort dès que le plancher océanique s'enfonce dans le manteau, alors cette eau va hydrater, sur une trentaine de km, la croute continentale. J'imagine que ça n'a pas d'influence.
Sur le schéma, on voit que l'hydratation du manteau se fait entre 20 et 100 km de profondeur. Est-ce correct ? Sinon, doit-on dire que ce manteau hydraté plonge (il suit la plaque, entrainement mécanique ?) et finit par arriver à des conditions de P et T où il fond parce qu'il est hydraté. J'aurais tendance à décaler la "poche de magma" vers la droite et un peu plus haut (disons entre 80 et 120 km de profondeur)
Je ne crois pas qu'au niveau lycée, on puisse substituer "andésitique" par "basaltique"... disons, "formation de magma par FP"
Mes corrections vont-elles dans le bon sens ?

Q4 : Au niveau de la sortie du magma, il y a plusieurs choses qui sont représentées : un plutonisme granodioritique dans l'édifice volcanique. Dans quelle mesure ce phénomène existe ? (j'aurais tendance à mettre ce plutonisme plus "bas" dans la croute... mais bon, un volcan, ça fait partie de la croute...). Ce genre de phénomène est-il un préalable à ce que j'ai découvert dans votre article, les arcs dans la croute océanique épaisse (pages 12 à 15) ? pour moi, une croute océanique avait une épaisseur constante, entre 5 et 10 km (quand il y a de la croute... je ne parle pas des épaisseurs de sédiments qui peuvent s'ajouter). Ces croutes épaisses représentent-elles des surfaces importantes ? si j'ai compris qu'elles correspondent à des empilements de roches magmatiques au niveau d'arcs volcaniques (Antilles par exemple), est-ce un phénomène local, contextuel ou bien cette croute était déjà épaisse ? A la réflexion, les croutes des plateaux océaniques (trapps ?) doivent être effectivement plus épaisses que les 5 à 10 km que nous professons... mais ça ne représente pas la règle.

Q5 : Dans le cadre présenté ci-dessus, peut-il y avoir formation de magma rhyolitique ?
Il me semble qu'une acidification du magma au point de voir apparaitre du quartz, n'est envisageable que s'il y a contamination crustale avec des roches de croute continentale... ce qui n'est pas le cas ici. L'encaissant est plutôt basique, non ? on devrait plutôt avoir des tholéites d'arc, non ?

Merci pour vos réponses éventuelles à ces questions.
(j'en ai encore quelques-unes...)
et merci encore pour votre participation, toujours éclairante, à ce forum.
Fred SVT inside

Christian NICOLLET
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Christian NICOLLET » 21 juin 2014, 11:27

Naia a écrit :C'est vrai qu'autant cela ne me posera pas de problème de questionner Saphirine, autant je suis vraiment intimidée de discuter avec C. Nicollet

Desolé Naia, Fred ne veut pas me causer ;) donc je laisse la soin à CN de répondre :ff: :duel:

Frederic Labaune a écrit :Dans le forum, vous nous avez parlé d'un article de remise à niveau que vous avez publié dans un bulletin de l'APBG - lien vers le topic - lien vers l'article (pdf)
C'est un article à lire absolument et s'il est bien construit, avec de bonnes explications, une iconographie adéquate, certains passages appellent des questions.
Je vous propose de répondre aux questions que vos lecteurs pourraient avoir, dans ce fil.
Q1 - En fin de page 2, vous dites "il n'est pas possible de "sauter" une étape et de produire, par exemple, un magma intermédiaire à partir de la fusion partielle d'une péridotite du manteau"

… en quantité suffisante pour pouvoir se séparer de sa source mantellique et migrer vers le haut, vers la croute et la surface du globe.
Si l'on comprend les propos qui suivent cette affirmation, dans les zones de subduction, il ne nait pas un magma andésitique (genre de chose que je dis à mes élèves... aussi dans un but simplificateur), mais un magma basaltique...
Ce qu'il faut éviter est l'interprétation simple de cette phrase du BO « Un magma d’origine mantellique aboutit à la création de nouveau matériau continental » : un schéma sur lequel un magma formé dans le coin mantellique (manteau au-dessus de la plaque plongeante) est directement relié à des volcans andésitiques en surface de la croute continentale et à des massifs de granodiorites en profondeur. Cela suppose que le magma dans le coin mantellique est andésitique, ce qui est faux.
Un magma "andésitique" issu directement de la fusion partielle de la péridotite est possible, mais il apparait alors que le taux de fusion partielle est bas et donc il y aurait trop peu de magma produit, il ne sortirait pas de la roche mère.
Page 3, vous donnez des ordres de grandeur des taux de fusion partielle. Que l'on soit à quelques % à 20% dans tous les cas, c'est déjà un magma capable de sortir de la roche mère et donc ça serait un magma forcément basique.
J'ai bon ?
Je n'ai pas les chiffres exacts mais, en gros, c'est cela. Nous fabriquons des liquides acides expérimentalement avec des taux de FP inférieur au pour cent. On trouve également de minuscules inclusions vitreuses dans des olivines mantelliques qui ont de telles compositions. Mais a priori celles-ci ne coalescent pas et ne quittent pas la roche hôte.
Dès lors, pour avoir, à partir d'un magma basaltique une roche plus acide, il faut procéder par contamination crustale (ce qui amène d'autres questions), cristallisation fractionnée... et mélange de magma (mais là, pour du lycée, on laissera tomber...)
Pour simplifier, je vous suggère de ne considérer que la différenciation magmatique. On ne considérera que le cas où les andésites dérivent du magma basique mantellique par différenciation magmatique (ce que je détaille en p.12 dans le paragraphe « les arcs dans la CO épaissie ») et qui est illustré par la fig. 10. Une version simplifiée de cette fig. pourrait donner çà :
J'ai trouvé sur le web un schéma visiblement scanné dans un manuel scolaire
On peut dire qu'il présente quelques erreurs et je me suis "amusé" à apporter quelques "corrections"
Q2 : sur la partie gauche du schéma, il y a, à mon sens, un gros problème dans la définition de la lithosphère. Si elle correspond à une limite thermique (isotherme 1300 °C), elle ne peut pas avoir l'allure du premier schéma... mais peut-être que mon ajout (en vert différent du reste) n'est pas non plus très juste. Qu'en pensez-vous ?
En effet, ce n'est pas gagné. La limite L-A est une limite thermique ou rhéologique ou géochimique. Sous une plaque stable, on peut simplifier en ne considérant qu'au delà de 1300°C, le manteau devient plus ductile et il s'agit de asthénosphère. Il n'y a pas de différences géochimiques significatives. Dans une zone de subduction, le manteau est hydraté (métasomatisé, c'est à dire modifié chimiquement, car l'eau n'est pas pure !) et commence à fondre à plus basse T, devenant alors ductile. La limite L-A n'est plus à 1300°C. et l'on ne peut pas se contenter de considérer la limite L-A comme une limite thermique, puisque ce manteau est métasomatisé, cad a subi des modifications chimiques.
Dans la fig. du haut, il faut écrire « formation du magma basaltique … » et dessiner des chambres magmatiques dans la croute océanique (CO) où se fera la différenciation magmatique permettant la formation d'andésite. On évitera de parler de contamination crustale (par CContinentale) et de mélange de magmas. Sur ce dessin, ces processus sont exclus puisqu il n'y a pas de CC. Il faut supprimer les rhyolites qui proviennent de la fusion de la CC.
Cette limite lithosphère/asthénosphère est toujours mal représentée dans les schémas de subduction.

Et pour cause !
Q3 : J'ai remonté le départ d'eau des roches métamorphiques, mais sans doute pas encore assez. Dans un contexte de subduction océan/continent, si l'eau sort dès que le plancher océanique s'enfonce dans le manteau, alors cette eau va hydrater, sur une trentaine de km, la croute continentale. J'imagine que ça n'a pas d'influence.
Sur le schéma, on voit que l'hydratation du manteau se fait entre 20 et 100 km de profondeur. Est-ce correct ? Sinon, doit-on dire que ce manteau hydraté plonge (il suit la plaque, entrainement mécanique ?) et finit par arriver à des conditions de P et T où il fond parce qu'il est hydraté.
Voir
Q4 : Au niveau de la sortie du magma, il y a plusieurs choses qui sont représentées : un plutonisme granodioritique dans l'édifice volcanique. Dans quelle mesure ce phénomène existe ? (j'aurais tendance à mettre ce plutonisme plus "bas" dans la croute...

Tout à fait !
mais bon, un volcan, ça fait partie de la croute...).

un volcan n'est généralement pas assez profond pour donner des roches plutoniques. On trouve dans les parties profondes des volcans des gabbros (comme à la Réunion par ex.) mais il n'est pas judicieux de les faire apparaître dans un schéma géodynamique dans lequel le volcan représente la structure superficielle constituée de roches volcaniques !
Ce genre de phénomène est-il un préalable à ce que j'ai découvert dans votre article, les arcs dans la croute océanique épaisse (pages 12 à 15) ? pour moi, une croute océanique avait une épaisseur constante, entre 5 et 10 km (quand il y a de la croute... je ne parle pas des épaisseurs de sédiments qui peuvent s'ajouter). Ces croutes épaisses représentent-elles des surfaces importantes ?

Il faut distinguer les arcs magmatiques épais et les plateaux océaniques. Ces derniers sont en liaison avec les points chauds. Ces plateaux représentent une surface considérable dont je n'ai pas de chiffre global. Mais ils couvrent des surfaces qui se mesurent en millions de km2 (> de 2 millions pour le plateau d'Ontong Java (au NE de l'Australie)). Sachant que ceux-ci ont en moyenne 20 km d'épaisseur (par ex. le plateau Caraïbe) et jusqu à 40 km (pour celui de Ontong Java), à comparer a l'épaisseur de la CO "normale" de 6-8 km, ces plateaux océaniques représentent un important volume de la CO.
Les arcs magmatiques s'épaissiraient à partir d’une CO d'épaisseur normale dans le cas d'un site de subduction spontanée ; mais la subduction spontanée n'est peut être pas la règle générale et celle-ci s’initierait préférentiellement contre des « hétérogénéités » mécaniques telles des limites CO-CC ou contre des plateaux océaniques…
si j'ai compris qu'elles correspondent à des empilements de roches magmatiques au niveau d'arcs volcaniques (Antilles par exemple),

Empilements générés par les arcs volcaniques eux-mêmes ou bien qui contribuent à épaissir un plateau pré-existant lors d'une subduction CO normale – plateau océanique.
Est-ce un phénomène local, contextuel ou bien cette croute était déjà épaisse ? A la réflexion, les croutes des plateaux océaniques (trapps ?) doivent être effectivement plus épaisses que les 5 à 10 km que nous professons... mais ça ne représente pas la règle.
Q5 : Dans le cadre présenté ci-dessus, peut-il y avoir formation de magma rhyolitique ?
Il me semble qu'une acidification du magma au point de voir apparaitre du quartz, n'est envisageable que s'il y a contamination crustale avec des roches de croute continentale... ce qui n'est pas le cas ici. L'encaissant est plutôt basique, non ? on devrait plutôt avoir des tholéites d'arc, non ?
tout à fait : tel que le dessin est fait, pas d'andésite, pas de rhyolite pour la raison que vous indiquez et tholéiites d'arc.

Remise en forme des balises quote. MB

Frederic Labaune
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Frederic Labaune » 22 juin 2014, 23:02

Un grand MERCI pour toutes ces réponses.

(pouvons-nous continuer à poser des questions dans ce fil ?)
Fred SVT inside

Christian NICOLLET
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Christian NICOLLET » 23 juin 2014, 09:39

Oui bien sur ; on ne va pas changer de fil a chaque question. Ca nous donnerait vite du fil à retordre !

Frederic Labaune
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Frederic Labaune » 02 juil. 2014, 23:03

Bonjour

Je reprends l'échange, en vous remerciant encore pour le temps passé sur le forum.

A partir de cette dernière question et de votre réponse.
Christian NICOLLET a écrit :Q5 : Dans le cadre présenté ci-dessus, peut-il y avoir formation de magma rhyolitique ?
Il me semble qu'une acidification du magma au point de voir apparaitre du quartz, n'est envisageable que s'il y a contamination crustale avec des roches de croute continentale... ce qui n'est pas le cas ici. L'encaissant est plutôt basique, non ? on devrait plutôt avoir des tholéites d'arc, non ?
tout à fait : tel que le dessin est fait, pas d'andésite, pas de rhyolite pour la raison que vous indiquez et tholéiites d'arc.[/quote]

A l'origine, il n'y a pas de croute continentale... pas de roche "acide"
Nous devons donc supposer qu'il y a, à l'instar de ce qu'on observe dans les lacs de lave, des plaques lithosphériques ultrabasiques (péridotite ?) froides qui subductent sous des plaques moins denses, moins épaisses.
De ces subductions naissent des magmas à partir de la LO subduite (schéma en haut à droite du quadriptyque - page 7) -> adakites (basalte ?), roches ultrabasiques.
Nous sommes encore loin d'une CC "acide".

Q6 - les OPB présentés sont-ils les prémices des CC ? je veux dire, par rapport à la péridotite du manteau, on a une roche différente (plus "acide"), un Moho pétrologique ? le magma basique qui nait par fusion partielle de la LO chaude, puis d'un mélange LO/manteau métasomatisé (dessin "fin et post Archéen") s'acidife au contact des OPB ?
J'ai un peu du mal à voir comment à partir des "LO" ultrabasiques de l'Archéen, on peut obtenir une CC ?

Q7 - page 8, vous évoquez le cas d'une plaque océanique jeune qui subducte (plaque Juan de Fuca sous la Chaine des Cascades ? par exemple - tout le reste, le pan Est de la plaque ayant plongé depuis longtemps). C'est la croute qui fond ? on aurait donc des adakites actuelles ? peut-on faire la différence avec une andésite ? Comment peut-on être sûr que le magma qui est à l'origine de ces roches vient bien d'une CO fondue et pas du manteau ?

Q8 - Page 9, vous donnez des indications sur les premiers nucléi de croute continentale. Ils semblent apparaitre très tôt... sont-ils adakitiques ? (plus acides que des andésites ? comment est-ce possible alors qu'on est dans un contexte basique de chez basique ?)

Merci pour les éclaircissements éventuels.
Je pense que mes prochaines questions porteront sur la structure, la composition de la CC.
Fred SVT inside

Christian NICOLLET
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Christian NICOLLET » 04 juil. 2014, 10:55

Frederic Labaune a écrit :Q7 - page 8, vous évoquez le cas d'une plaque océanique jeune qui subducte (plaque Juan de Fuca sous la Chaine des Cascades ? par exemple - tout le reste, le pan Est de la plaque ayant plongé depuis longtemps). C'est la croute qui fond ? on aurait donc des adakites actuelles ? peut-on faire la différence avec une andésite ?
Bon ... y a du monde dans toutes ces questions et si je reponds a l ensemble, je vais y passer la journee. Donc je vais tronconner et continuerai en fonction de mes dispos.
La difference entre adakite et andesite se fait a partir des elements en trace : Ytrium, strontium, ...
Comment peut-on être sûr que le magma qui est à l'origine de ces roches vient bien d'une CO fondue et pas du manteau ?
ou bien des 2 à la fois ! Vous voyez sur la fig. 6 "fin et post archeen de la p.7 que la CO plongeante fond et métasomatise le coin mantellique qui peut fondre a son tour. Le magmatisme d arc peut donc etre un melange de magma "purement" adakitique", produit par la fusion partielle de la CO et/ou d un magma produit de la fusion partielle du coin mantellique plus ou moins métasomatisé par le magma adakitique.
Ce mecanisme que j ai situé, pour simplifier, a la fin de l archeen peut aussi s effectuer a l heure actuelle, mais ce n est plus le cas general.

Christian NICOLLET
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Christian NICOLLET » 04 juil. 2014, 23:04

Frederic Labaune a écrit :Q8 - Page 9, vous donnez des indications sur les premiers nucléi de croute continentale. Ils semblent apparaitre très tôt... sont-ils adakitiques ? (plus acides que des andésites ? comment est-ce possible alors qu'on est dans un contexte basique de chez basique ?)
Les indices des premiers nucléi sont de minuscules cristaux de zircons de 4.4-4.4Ga. Ces cristaux contiennent des inclusions de qqes mnx : Qtz, felspath, … qui laissent supposer que la roche hote est de nature granitoide, mais il est difficile d etre plus precis.

Q6 - les OPB présentés sont-ils les prémices des CC ?
On a du mal à envisager que ces « granitoides » se soient formés dans un environnement de subduction comme les modeles proposes pour la suite de l histoire de la CC. Un modele de genese de la CC la plus primitive serait un modele de differenciation magmatique dans des plateaux oceaniques. Au sein de ces epais plateaux basaltiques, la differenciation peut intervenir. On trouve des roches acides/granitoides en Islande ou dans le plateau des Kerguelen. Ainsi la CC primitive ne se serait pas formée dans un contexte de subduction, mais dans un contexte de plateau océanique.

Frederic Labaune
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Frederic Labaune » 04 juil. 2014, 23:34

Hello

Merci pour ces débuts de réponses, toujours aussi instructifs.

A propos de l'Islande, j'aime bien l'idée de "plateau océanique" (lol, un plateau qui aurait réussi... à dépasser le niveau de la mer)
Au Landmannalaugar, j'ai des photos de transition entre des obsidiennes et des rhyolites (l'obsidienne recristalliserait en rhyolite) -> roches plus acides que des basalte.
Ca serait donc de la différenciation magmatique.
Fred SVT inside

Christian NICOLLET
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Re: Les origines de la croute continentale.

Messagepar Christian NICOLLET » 05 juil. 2014, 09:51

Frederic Labaune a écrit :Merci pour ces débuts de réponses, toujours aussi instructifs.
debuts de reponses qui repondent globalement a l ensemble de vos questions
A propos de l'Islande, j'aime bien l'idée de "plateau océanique" (lol, un plateau qui aurait réussi... à dépasser le niveau de la mer)
Au Landmannalaugar, j'ai des photos de transition entre des obsidiennes et des rhyolites (l'obsidienne recristalliserait en rhyolite) -> roches plus acides que des basalte.
Ca serait donc de la différenciation magmatique.
par differenciation magmatique ou fusion partielle d'amphibolites provenant du métamorphisme des basaltes dans les parties profondes du plateau.
On en revient à la remarque de lioneline concernant l origine "mantellique" des rhyolites, processus rare au cours de l histoire de la terre, sauf peut etre pour les premiers nucleii.


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