Lernzettel: Formation et évolution de la lithosphère océanique

📋 Plan du Cours

1. Fonctionnement dorsale rapide
2. Fonctionnement dorsale lente
3. Hydratation lithosphère océanique
4. Refroidissement et épaississement
5. Enfoncement lithosphère océanique

📖 1. Fonctionnement dorsale rapide

🔑 Notions clés & Définitions

• Dorsale rapide : Zone de divergence où la lithosphère océanique se forme rapidement, caractérisée par une activité magmatique intense.
• Fusion partielle de la péridotite : Processus par lequel environ 10 % de la péridotite remonte et fond sous décompression, produisant un magma.
• Magma issu de la fusion partielle : Mélange fondu résultant de la décompression de la péridotite, qui refroidit pour former la croûte océanique.
• Croûte océanique : Épaisseur de roches formée par la solidification du magma, composée principalement de gabbros et basaltes.
• Gabbros : Roches mafiques en masse, formant la partie inférieure de la croûte océanique.
• Basaltes en filons et en coussins : Roches volcaniques formant la surface de la croûte, issues du refroidissement du magma en surface ou en fissures.

📝 Points essentiels

Sous une dorsale rapide, la péridotite du manteau supérieur remonte par convection ascendant. Ce mouvement de convection provoque une décompression du manteau, ce qui entraîne une fusion partielle d’environ 10 %. La fusion partielle ne concerne qu’une petite partie de la péridotite, ce qui modifie la composition chimique du magma. Ce magma, formé en profondeur, refroidit rapidement sur le manteau péridotitique, donnant naissance à une croûte océanique composée principalement de gabbros. Sur cette croûte, se déposent des basaltes en filons et en coussins, témoins du refroidissement en surface. Dans ces contextes d’accrétion océanique rapide, les processus magmatiques jouent un rôle prédominant dans la formation de la lithosphère océanique.

💡 À retenir

Le fonctionnement d’une dorsale rapide est dominé par une forte activité magmatique, résultant de la fusion partielle de la péridotite due à la décompression mantellique, ce qui favorise la formation rapide de la lithosphère océanique.

📖 2. Fonctionnement dorsale lente

🔑 Notions clés & Définitions

Dorsale lente
Zone de divergence entre deux plaques océaniques caractérisée par un fonctionnement où la tectonique prédomine sur le magmatisme, avec une exhumation du manteau par déchirures mantelliques favorisées par des failles de décrochement.

Failles de décrochement
Grandes fractures dans la croûte océanique qui permettent l’exhumation du manteau, notamment dans le contexte des dorsales lentes.

Déchirures mantelliques
Fissures dans le manteau favorisées par les failles de décrochement, permettant la remontée du matériel mantellique vers la surface.

Péridotite serpentinisée
Péridotite dure et cassante transformée en serpentinite ductile par infiltration d’eau de mer, facilitant son étirement sans rupture.

Lentilles de gabbros hydratés
Petites zones de gabbros dans le manteau, formées par fusion partielle, qui ont été hydratées par l’eau infiltrée, cristallisant dans le manteau.

Serpentine ductile
Minéral résultant de la serpentinisations, qui s’étire sans se rompre, indiquant une déformation ductile dans la lithosphère chaude.

📝 Points essentiels

Aux dorsales lentes, de grandes failles de décrochement favorisent l’exhumation du manteau par déchirures mantelliques. Ces déchirures sont facilitée par l’infiltration d’eau de mer dans la lithosphère chaude, ce qui transforme la péridotite dure et cassante en serpentinite ductile, capable de s’étirer sans se rompre. La présence d’eau dans le manteau facilite également la fusion partielle des péridotites, produisant des lentilles de gabbros qui cristallisent dans le manteau. Dans ces contextes d’accrétion océanique lente, les processus tectoniques, notamment la formation de failles de décrochement et la déchirure mantellique, prédominent sur les processus magmatiques classiques de mise en place de la lithosphère.

💡 À retenir

Le fonctionnement d’une dorsale lente est marqué par une prédominance des processus tectoniques et une hydratation importante du manteau, favorisant l’exhumation mantellique par déchirures mantelliques.

📖 3. Hydratation lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

Hydrothermalisme
AUTEUR (date) : circulation d’eau chaude et froide à travers des fractures et cheminées hydrothermales dans la lithosphère océanique, provoquant des modifications minéralogiques par métamorphisme.

Métagabbro
AUTEUR (date) : roche métamorphique issue du gabbro, contenant des minéraux hydratés tels que l’amphibole verte, l’actinote et la chlorite, suite à l’hydratation de la croûte océanique.

Amphibole verte (hornblende)
AUTEUR (date) : minéral hydraté, silicate hydroxylé, formé lors du métamorphisme hydrothermal du gabbro, caractéristique du métagabbro.

Actinote
AUTEUR (date) : minéral hydraté silicaté, apparaissant dans le métagabbro suite à l’hydratation.

Chlorite
AUTEUR (date) : groupe de minéraux hydratés, formés lors du métamorphisme hydrothermal, présents dans le métagabbro.

Métamorphisme schiste vert
AUTEUR (date) : métamorphisme profond de la péridotite en serpentine hydratée, caractéristique du schiste vert.

📝 Points essentiels

La lithosphère océanique se refroidit tout en s’hydratant par circulation d’eau dans la croûte et le manteau, ce qui entraîne un métamorphisme. Ce processus modifie la composition minéralogique des roches, notamment le gabbro qui se transforme en métagabbro, contenant des minéraux hydratés tels que l’amphibole verte, l’actinote et la chlorite, tous avec des groupements OH. Plus en profondeur, la péridotite subit également une hydratation, se transformant en serpentine, ce qui correspond au métamorphisme schiste vert. La circulation d’eau est facilitée par des fractures, des failles de détachement actives, des cheminées hydrothermales et l’infiltration d’eau de mer froide ou chaude. Ce phénomène d’hydrothermalisme est associé à des dépôts de sulfures et à l’altération du basalte du plancher océanique, sous l’effet d’un flux de chaleur provenant du panache hydrothermal (environ 350°C).

💡 À retenir

L’hydratation de la lithosphère océanique par circulation d’eau modifie profondément sa composition minéralogique via un métamorphisme hydrothermal, impactant sa structure et ses propriétés.

📖 4. Refroidissement et épaississement

🔑 Notions clés & Définitions

Isotherme 1300 °C

• AUTEUR : voir section 3

Limite lithosphère-asthénosphère
AUTEUR (date) : frontière située à l’isotherme 1300 °C, séparant la lithosphère rigide de l’asthénosphère ductile. Elle correspond à la zone où la roche passe d’un comportement rigide à un comportement ductile.

Épaississement lithosphérique
AUTEUR (date) : processus par lequel la lithosphère devient plus épaisse en raison du refroidissement et de la croissance de la zone rigide au-dessus de l’asthénosphère. Il résulte de l’ajout progressif de manteau lithosphérique rigide et dense.

Rayonnement thermique
AUTEUR (date) : mécanisme de transfert de chaleur par émission de rayonnement vers l’atmosphère, responsable du refroidissement de la lithosphère océanique en s’éloignant de la dorsale.

LVZ (Low Velocity Zone)
AUTEUR (date) : zone située à la limite entre la lithosphère et l’asthénosphère, caractérisée par une diminution de la vitesse des ondes sismiques, correspondant à la limite de la lithosphère.

📝 Points essentiels

En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit par rayonnement thermique vers l’atmosphère. Ce processus de refroidissement entraîne une augmentation de la profondeur de l’isotherme 1300 °C, qui marque la limite entre la lithosphère et l’asthénosphère. La croissance de cette zone rigide, liée à la profondeur croissante de l’isotherme, provoque l’épaississement de la lithosphère. La limite entre ces deux couches correspond également à la LVZ, zone caractérisée par une baisse de la vitesse des ondes sismiques. L’épaississement de la lithosphère résulte de l’ajout progressif de manteau lithosphérique rigide et dense, ce qui renforce la rigidité de la couche supérieure.

💡 À retenir

Le refroidissement progressif de la lithosphère océanique par rayonnement thermique entraîne son épaississement, en étendant la zone rigide au-dessus de l’asthénosphère.

📖 5. Enfoncement lithosphère océanique

🔑 Notions clés & Définitions

Densité lithosphérique

• AUTEUR : voir section 3

Densité asthénosphérique
AUTEUR (date) : La densité de référence de l’asthénosphère, fixée à 3,25.

Densité croûte océanique
AUTEUR (date) : La densité de la croûte océanique, généralement de 3,0, plus faible que celle du manteau lithosphérique.

Enfoncement lithosphérique
AUTEUR (date) : Le processus par lequel la lithosphère océanique s’enfonce dans l’asthénosphère, lorsque sa densité totale dépasse celle de l’asthénosphère.

Vieillissement lithosphérique
AUTEUR (date) : L’évolution de la lithosphère au fil du temps, entraînant une augmentation de sa densité globale.

📝 Points essentiels

La densité globale de la lithosphère augmente avec l’âge, principalement par l’ajout progressif de manteau lithosphérique dense (d = 3,3). La croûte océanique, plus légère (d = 3,0), contribue à cette densité initiale plus faible. Lorsque cette densité totale dépasse 3,25, celle de l’asthénosphère, la lithosphère s’enfonce dans celle-ci. L’enfoncement est une conséquence directe du vieillissement, qui entraîne une augmentation de la densité de la lithosphère. Ce processus est lié à l’épaississement de la lithosphère, qui résulte de l’ajout progressif de manteau dense, et à l’enfoncement qui survient dès que la densité totale dépasse celle de l’asthénosphère.

💡 À retenir

L’enfoncement de la lithosphère océanique est contrôlé par son vieillissement et l’augmentation de sa densité globale, qui finit par dépasser celle de l’asthénosphère, entraînant son enfoncement.

📊 Tableaux de Synthèse

Critère	Dorsale rapide	Dorsale lente
Mécanisme principal	Fusion partielle de la péridotite due à décompression	Exhumation par failles de décrochement et déchirures mantelliques
Processus dominant	Magmatisme (activité magmatique intense)	Tectonique (failles, déchirures)
Composition de la croûte	Gabbros, basaltes en filons et coussins	Gabbros hydratés, serpentinite
Hydratation du manteau	Faible, principalement magmatique	Forte, via infiltration d’eau de mer
Rôle des failles	Moins prédominant	Crucial pour exhumation mantellique

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la fusion partielle (dorsale rapide) avec l’hydratation mantellique (dorsale lente).
2. Assimiler systématiquement la dorsale lente à une activité magmatique faible, alors qu’elle est aussi caractérisée par une forte activité tectonique.
3. Oublier que la croûte océanique formée lors d’une dorsale rapide est principalement composée de gabbros et basaltes.
4. Confondre métagabbro (hydraté) avec gabbro initial non métamorphisé.
5. Négliger le rôle des failles de décrochement dans la dorsale lente.
6. Confondre serpentinisation (hydratation du manteau) avec la fusion partielle.
7. Omettre que l’hydratation modifie la composition minéralogique par métamorphisme hydrothermal.

✅ Checklist Examen

1. Connaître la définition d’une dorsale rapide et ses caractéristiques principales.
2. Savoir expliquer le processus de fusion partielle de la péridotite et ses conséquences.
3. Identifier les roches caractéristiques formées lors d’une dorsale rapide (gabbros, basaltes).
4. Connaître la définition d’une dorsale lente et ses processus prédominants.
5. Expliquer le rôle des failles de décrochement dans une dorsale lente.
6. Définir péridotite serpentinisée et son importance dans le contexte des dorsales lentes.
7. Comprendre le processus d’hydratation lithosphérique par circulation hydrothermale.
8. Savoir décrire le métamorphisme hydrothermal du gabbro en métagabbro.
9. Connaître le rôle du métamorphisme schiste vert dans l’hydratation du manteau.
10. Maîtriser le concept d’isotherme 1300 °C et sa relation avec l’épaississement lithosphérique.
11. Identifier la LVZ et son lien avec l’épaississement lithosphérique.
12. Connaître les mécanismes de refroidissement de la lithosphère océanique par rayonnement thermique.