[PDF] Origine et évolution de la croûte continentale

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Christian Nicollet

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Géologie

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La différenciation maLgmatique

Le magma primitif peut subir une différenciation magmatique produisant des cumulats et des magmas résiduels dont la composition devient de plus en plus aci- de. Le processus (ou plutôt les processus, car la différenciation magmatique peut prendre plusieurs formes) peut produire tout ou une partie de la succession de roches UB-B-I-A. En simplifiant, les premiers minéraux qui cristallisent sont très riches en éléments Fe-Mg et s"accumulent, formant les cumulats. Le magma rési- duel devient plus acide et peut être extrait de la chambre magmatique et produit des roches de plus en plus acides au fur à mesure que le processus de différenciation magmatique se poursuit.

La contamination

Le magma peut être contaminé par son environnement. Cette contamination peut se produire par BeePTPSBfPaUde roches encaissantes au contact ou roches arra- chées et incorporées dans le magma. Elle peut se faire également par TmSBUMI GI

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Une brève comparaison de la croûte océanique et de la croûte continentale L"âge de la croûte océanique en place ne dépasse pas 200 Ma. Celle-ci a une composition relativement simple, de nature basaltique/gabbroÔque. Elle est formée par la fusion partielle d"un manteau anhydre relativement homogène. De faibles variations de la composition du manteau et du taux de fusion partielle permettent d"obtenir une légère diversité dans les roches produites, telles des MORB auxquels on rajoute la lettre I ou N ou T, légère différence qui fait la joie des géochimistes mais qui a peu d"intérêt au niveau de cet article. La cristallisation de ce magma basique dans la croûte océanique est peu affectée par les processus de la différen- ciation magmatique et de la contamination. La différenciation magmatique s"effec- tue à petite échelle, comme on peut l"observer dans les gabbros lités de l"ophiolite "1#(???bhehTbR CuhehTbR gy 2-20133 d"Oman par exemple. Lorsque l"on parcourt l"arête SO du Chenaillet, on traverse sur près de 200 m de dénivelé, un gabbro à la texture isotrope très homogène. Tout au plus, la partie basale est enrichie en minéraux ferromagnésiens (mélanogabbro) et l"on trouve localement des troctolites (dans lesquelles le clinopyroxène du gabbro est remplacé par de l"olivine). Les chambres magmatiques de la croûte océanique sont des chambres de refroidissement. Quant à la contamination, elle ne peut pas avoir une influence notable puisque les roches encaissantes susceptibles de conta- miner proviennent de la cristallisation d"un magma identique à celui qui serait contaminé. Un rapide aperçu d"une carte géologique sur le continent montre que la croûte continentale est très variée en lithologie (de composition chimique variée) avec une répartition aléatoire des différentes lithologies. Ceci s"explique d"une part parce que la croûte continentale est fabriquée depuis plus de 4 Ga et d"autre part parce qu"elle

a été modifiée par des processus géologiques variés (endogènes tels que ceux décrits

à la figure 1 mais également exogènes faisant intervenir érosion, sédimentation) pendant ces 4 Ga. On parle de recyclage i3nterne. La composition chimiLque de la croûte continLentale On comprend de ce qui précède qu"estimer la composition de la croûte conti- nentale n"est pas une chose aisée et qu"une composition chimique moyenne sera affectée d"un écart-type non négligeable ! Il a fallu intégrer les compositions chi- miques d"un nombre considérable de roches, en estimer la proportion relative, sachant que la répartition de ces roches est hétérogène tant en surface que verticale- ment, sur une coupe de la croûte continentale (voir figure 12). La tâche est particu- lièrement délicate en ce qui concerne la croûte inférieure, de composition différen- te de la croûte supérieure, difficile d"accès et n"affleurant que rarement. Après trois bonnes décennies de travail, il est actuellement admis que la croûte continentale actuelle a une composition moyenne proche de l"andésite, cette lave de composition intermédiaire, riche en phénocristaux de plagioclase et contenant souvent l"amphi- bole, minéral ferromagnésien hydraté. Elle est aussi comparée à l"adakite, lave proche de l"andésite, à la granodiorite et encore aux " gneiss gris » (figure 2), litho- logie représentative des formations archéennes appelés TTG, abréviation des trois roches typiques de cette formation : tonalites, trondhjémites et granodiorites. (figures 3 et 4). 4B EdapfI EaUfPUIUfBSI B gUI EaTbaePfPaU GI daEOI TBMTBfPcgI

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DC"1#(?bhehTbR CuhehTbR gy 2-2013

de ces arcs. Ceci est sans surprise, puisque le nom de ces laves vient de leur abon- dance dans les Andes. On parle encore d"arc de type andin. Ce sont des laves por- phyriques à abondants phénocristaux de plagioclase (voir photo de couverture). Des adakites sont aussi représentées. Basaltes et basaltes andésitiques sont rares. Il s"y ajoute des rhyolites et ignimbrites rhyolitiques témoignant d"un mode de mise en pla- ce explosif. A la faveur de l"érosion d"un arc fonctionnant depuis plus de 100 Ma, des portions de la croûte moyenne ont été mises à l"affleurement et ce sont plus de 200 batholites de granodiorites qui sont emboités les uns dans les autres sur une superfi- cie de près de 700 km sur 100 km dans la Sierra Nevada, aux Etats-Unis d"Amérique. Les adakites se situent préférentiellement au dessus des subductions de litho- sphère jeune, proche de la ride, donc chaude. La fusion partielle de la croûte océa- nique est envisagée. Les andésites dominent au dessus des subductions de litho- sphère océanique vieille et froide. Le magma basique de la fusion partielle du coin mantellique pénètre dans la croûte continentale chevauchante et est stocké dans des réservoirs magmatiques. Dans celles-ci, le magma évolue par UofpqNhhfpNqflk coNU- qflkkyb, mais assimile également des morceaux des parois des réservoirs. Ces iNqyofNrt UorpqNrt Nppfifhypmodifient significativement la composition du mag- ma mantellique. D"autre part, l"apport thermique important fourni par ce magma provoque la fusion partielle, l"anatexie des roches encaissantes. Les magmas pro- duits d"origine crustale sont acides. Les rhyolites et ignimbrites en sont le témoi- gnage en surface. Dans la croûte médiane, ce magma acide se mélange avec le mag- ma basique mantellique et est à l"origine des nombreux batholites granodioritiques. Les enclaves sphériques (figure 7) basiques dans la granodiorite témoignent de ce iyhNkdb ab iNdiNp hwin #)&)!#?6)&)!#?(9? 11 ?/ Jndlbvf cbsjquf spiŽrjquf ebns unf hrbnoejorjtf- tŽmojn ef mŽlbnhf ef mbhmbs pbrtjfllfmfnt mjsdjclfs Cet ensemble complexe de processus pétrologiques est résumé par l"abréviation MASH : " Melting » (fusion en anglais), assimilation, stockage et homogénéisation (pour le mélange de magmas). Dans sa classification des granitoÔdes, Barbarin (1999) met l"accent sur les contributions respectives du manteau et/ou de la croûte continentale à l"origine des magmas de ces roches. La figure 8 montre que les granitoÔdes se forment dans tous les contextes géodynamiques, avec une contribution variable de manteau et de la croûte continentale. En ce qui concerne les batholites de " type andin », une contri- bution importante à la fois du manteau et de 3la croûte est démontrée. Cbp doNklaflofqbp bq Nkaypfqbp molarfqbp bk Ulkqbtqb ab prParUqflk Nkafkb plkq lPqbkrbp mNo UlkqNifkNqflk ar iNdiN PNpNhqfnrb (aûlofdfkb iNkqbhhfnrb) mNo hN Uolèqb UlkqfkbkqNhb bhhb-iàib 3 bhhbp kûlkq mNp UofpqNhhfpy x mNoqfo aûrk iNdiN grsykfhb0 AOh GgLh MGch aG LgdqiO AdLoGcTfjO oeGThhO (/1 nA 0. Ub) Ce sont les plus nombreux. La croûte océanique a une épaisseur variable entre 15 et plus de 30 km. L"arc volcanique des Antilles repose sur une croûte océanique de 35 km d"épaisseur. Andésites basiques, andésites et dacites sont abondantes. Dans ce cas, aucune contribution de croûte continentale n"est nécessaire pour expliquer la nature intermédiaire de ces laves, comme c"était le cas dans le paragraphe précédent. Ces roches dérivent du magma basique mantellique par différenciation magmatique. S"il est difficile d"accéder aux parties profondes de ces arcs qui ne sont que rarement rame-

nées à l"affleurement, la présence d"enclaves gabbroÔques dans les laves différenciées

montre bien que ce processus opère en profondeur (figure 9). L"eau présente dans le magma mantellique avec des concentrations significatives (entre 5 et 8 %) joue un rôle important dans le processus de différenciation magmatique. En effet, l"eau favorise la cristallisation précoce, dans les gabbros, de minéraux hydroxylés tel que l"amphibole. Ce minéral est relativement pauvre en silice (plus pauvre que le clinopyroxène qu"il remplace) et accentue " l"acidification » du magma résiduel. D"autre part, l"eau abais- se la température de cristallisation du plagioclase, conduisant à des liquides résiduels enrichis en alumine et calcium, caractéristique de ces séries calco-alcalines.

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Ainsi, dans les arcs sur croûte océanique épaisse, les andésites se forment par différen-

ciation magmatique à parti d"un magma mantellique, basique et hydraté. Les racines pro- fondes des arcs ne sont que très rarement exposées à l"affleurement, mais on peut proposer

une coupe verticale (figure 10) dans laquelle la croûte inférieure est basique, la croûte média-

ne constituée de roches plutoniques dioritiques et granodioritiques. La partie supérieure est composée de roches volcaniques andésitiques à dacitiques et rares termes basiques. s1tà Biologie Géologie n° 2-201413 ?+%301*050)3#1*+' &C6/'?#/&<4+5'?&'?-# #35+/+26'?%0/5'/#/5

6/'?'/%-#7'?&'?)#$

$30?;?)3#+/?(+/?.0+5+< )#6%*'?&'?-#?1*050 Les rares arcs exhumés - un arc crétacé du Kohistan exhumé grâce à la collision Himalayenne, un arc jurassique en Alaska et un arc crétacé dans le sud-ouest de la Nlle Zélande - ont permis d"observer la partie basi-crustale qui montre un sous-pla- cage magmatique mafique au niveau du Moho. Au dessus d"un manteau supérieur métasomatisé par les magmas qui l"ont traversé, la partie profonde de l"arc est méta- morphisée jusqu"aux conditions du faciès granulite. Dans cette croûte inférieure, des granulites basiques à grenat sont surmontées successivement par des (méta)gab-quotesdbs_dbs15.pdfusesText_21

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