Convergence lithosphérique et subduction

La limite croûte/manteau (Moho) est de nature chimique. Les croûtes océanique (globalement basaltique) ou continentale (globalement granitique) sont de nature différente du manteau supérieur (partout péridoditique). La limite lithosphère (rigide)/asthénosphère (ductile), caractérisée par la LVZ (= zone des faibles vitesses des ondes sismiques), est de nature physique. Elle se situe au sein des péridotites du manteau supérieur et coïncide avec l’isotherme 1300°C (ou 1200°C). Il en résulte que la frontière lithosphère/asthénosphère varie dans le temps et dans l’espace en fonction des changements de conditions de température. On appelle marge continentale, la région immergée de la bordure d’un continent faisant raccord avec les fonds océaniques. On distingue des marges continentales passives (failles normales, blocs basculés, sédimentation antérift, synrift, postrift), où le passage de la croûte continentale à la croûte océanique se fait au sein même de la plaque lithosphérique (programme de 1e S) et des marges continentales actives où la croûte océanique s’enfonce par subduction (programme de TS). On y observe toujours une activité sismique et volcanique.Alors que la profondeur moyenne des plaines abyssales est d’environ 4000 m, une fosse océanique longe chaque zone de subduction à une profondeur qui dépasse généralement 8 000 m (jusqu’à 10 915 m pour la fosse des Mariannes) pour une largeur d’environ 100 km. Le profil transverse de la fosse océanique est dissymétrique avec un mur externe (côté océan) à faible pente (2 à 5°) et un mur interne toujours plus escarpé (10 à 20° et pouvant atteindre la surface). Le fond de la fosse peut être plus ou moins comblé de matériel sédimentaire récent.

Quand le prisme d’accrétion est très développé (angle de subduction très faible) la grande quantité de matériaux accumulée forme une ride sédimentaire externe qui peut émerger localement (ex. île de la Barbade) et constituer une sorte de barrage en arrière duquel s’accumulent des sédiments non déformés (donc différents de ceux du prisme) c’est un bassin sédimentaire d’avant arc (ex. bassin de Tobago). Dans ce cas la fosse migre vers la plaque plongeante. Quand le prisme d’accrétion est réduit (Japon, Pérou, Equateur) le bord de la plaque chevauchante paraît reculer au cours du temps et subit une subsidence rapide et durable (la fosse migre vers la plaque chevauchante). Cette bordure chevauchante est par ailleurs affectée de failles normales listriques qui témoignent d’une extension associée à l’enfoncement. Le bord de la plaque chevauchante s’amincit et s’enfonce par érosion tectonique de sa base. Des copeaux arrachés par « rabotage basal » seraient entraînés dans la subduction pour être sous-plaqués plus bas, contribuant ainsi à l’épaississement crustal de l’arc ou de la cordillère (ce sous-plaquage reste à établir).Dès sa formation à l’axe des dorsales, la croûte océanique est en contact avec l’eau de mer (froide, environ 2°C, et légèrement alcaline, pH environ 8) qui pénètre profondément (2 à 3 km) dans les nombreuses fractures nées de l’extension (failles normales).

Ce faisant elle précipite des carbonates, des sulfates et surtout se réchauffe (350°C) et s’acidifie (pH environ 3,5). Elle remonte alors par convection et dissout sur son passage les métaux (Fe, Mn, Cu, Zn) et le soufre présents à l’état de traces dans les basaltes (c’est l’hydrothermalisme). En débouchant dans l’eau de mer le fluide hydrothermal (encore à 300°C) donne des « fumeurs » établis sur des amas de sulfures polymétalliques. L’intensité de l’hydrothermalisme diminue en s’éloignant de la dorsale (car la circulation convective diminue en même temps que la température crustale).L’interaction eau de mer/croûte océanique (= hydrothermalisme) n’est pas une simple imbibition ou une simple dissolution. Elle entraîne aussi des transformations chimiques des minéraux des basaltes et des gabbros initialement anhydres (= non hydroxylés = sans OH-) et chauds (600 à 900°C), comme l’olivine, les pyroxènes et les plagioclases en minéraux hydratés (= hydroxylés = avec OH-) comme la chlorite et les amphiboles (hornblende puis actinote puis glaucophane).

On appelle métamorphisme un ensemble de transformations minéralogiques et structurales qui se produisent à l’état solide et qui affectent une roche préexistante sous l’effet de variations de pression P et/ou de température T (en dehors des conditions de la surface, ce qui exclue l’altération et la diagenèse). Bien que la minéralogie soit changée, la composition chimique globale est inchangée (à l’eau près). On appelle faciès métamorphique un assemblage minéralogique (= un domaine de stabilité = une association = une paragenèse) correspondant à des conditions de P et T déterminées expérimentalement. On peut donc, en identifiant l’assemblage minéralogique d’une roche métamorphique, dans les conditions de P et T de la surface, déterminer les conditions de P et T qu’elle a subies au cours de son histoire.