Géol V-B - Processus fondamentaux du magmatisme

Question 1

qu’est ce que le magmatisme

Answer 1

le magmatisme est l’ensemble des phénomènes liés à la formation , à la migration et la cristallisation des magmas

Question 2

magma ?

Answer 2

liquide silicaté entre 700 et 1200°C, riche en oxydes de silicium qui provient de la fusion partielle d’une roche mère en profondeur

Question 3

taux max actuel de fusion partielle

Answer 3

les taux vont de epsilon à 20-25%, ou alors dans un point chaud (3-4%).

Question 4

les processus fondamentaux du magmatisme ?

Answer 4

1) fusion partielle
2) collecte du jus (extraction)
==> genèse du magma primaire
3) ascension : évolution du magma dans son encaissant
4) cristallisation partielle
==> différenciation
5) refroidissement et solidification –> roche magmatique

Question 5

où est produit le magma ?

Answer 5

Il n’y a pas de réservoir permanent de magma. La croûte océanique ne rentre jamais en fusion. En revanche la périodique et le granite sont les 2 roches les + à mêmes de fondre = la croûte continentale et le manteau hydraté peuvent entrer en fusion.
Ainsi la majorité des magmas se forme entre 50 et 250 km de profondeur.

Question 6

les 3 modalités de franchissement du solidus

Answer 6

1) par hydratation de la roche, qui décale la courbe du solidus vers la gauche –> zone de subduction
2) par décompression adiabatique (remontée rapide du matériau) –> dorsales
3) échauffement isobare = seule la T change –> effet chalumeau dans les points chauds.

In vivo, un mélange des 3 modalités.

Question 7

qu’est ce qu’une phase ?

Answer 7

Un matériau distinct physiquement et identifiable par ses propriétés homogènes. Elles sont définies à partir des éléments et des molécules chimiques qui les constituent.

Question 8

eutectique ?

Answer 8

Il existe un point eutectique lorsque les 2 composants ont des système de cristallisation très différentes. À l’eutectique, V = 0 cad le système est bloqué mais continue de fondre. L’eutectique = composition et à la T du liquide obtenu par fusion partielle de tout mélange solide de minéraux, quelles que soient leurs proportions respectives au départ (tjrs le même point).

Question 9

Pourquoi la formule de la variance en géologie est différente ?

Answer 9

V = 1 + c - p car on fixe une variable ( la P) car on suppose que la fusion s’exerce à une profondeur précise du globe donc à une P donnée).

Question 10

1) fusion partielle

2) fusion incongruente

Answer 10

1) il demeure une roche résiduelle
2) la composition du liquide n’est pas la même que la roche initiale (le liquide a souvent la composition de l’eutectique)

Question 11

quelle est la composition minérale simplifiée du manteau ? quels sont les minéraux ?

Answer 11

On peut simplifier la manteau par 4 oxydes : Al2O3, CaO, MgO, SiO2. Les minéraux du manteau sont l’olivine (Mg,SiO4), l’orthopyroxène (MgSiO3), le clinopyroxène (CaMgSi2O3) et un minéral géobaromètre (le grenat).

Question 12

comment se déroule la fusion partielle des péritonites mantelliques ?

Answer 12

La roche fertile du manteau (“manteau normal” avant toute extraction magmatique) est la lherzolite (olive 40-90% ; OPX, CPX, grenat). C’est la roche mère de tout magma mantellique. On la retrouve dans les ophiolites (portions de lithosphère océanique émergée par un processus d’obduction). Lors de la fusion partielle, eutectique –> appauvrissement en grenat puis en cpx. La roche résiduelle s’enrichit donc en opx. la course s’arrête lorsque le système atteint l’intersection formée par la droite reliant le pôle OPX et la roche fertile.. Puis fusion de l’OPX le long de la surface bombée OPX + liquide.
Évolution du manteau résiduel : i faut tracer la droite reliant l’eutectique du manteau fertile, jusqu’à la droite CPX-OPX et alors enrichissement en OPX. Si la fusion se poursuit jusqu’à disparition totale de CPX, la péridotite devient une harzburgite. Et si la fusion se poursuit jusqu’à disparition d’OPX, le manteau résiduel = dunite. In vivo, liquide eutectique = liquide basaltique avec une fusion de 5 à 25%. La roche résiduelle = harzburgite.

Question 13

fusion des matériels crustaux

Answer 13

Les granites obtenus par fusion de matériaux crustaux = granite d’anatexie. Contexte géodynamique = soit en zone de subduction par sous-placage de la lithosphère océanique sous la CC qui la réchauffe, soit en en domaine de montagne, dans une zone de collision lors de l’épaississement crustal. la fusion d’un granite (comme croute hydratée) se fait à partir de 700°C. Arguments de terrain : les migmatites ( mélange de roches de types gneiss ou micaschiste qui vont subir une fusion partielle). Autre origine : le liquide basaltique provenant de la fusion du manteau peut évoluer et donner ces granites.

Question 14

calculer un taux de fusion partielle ?

Answer 14

Sur un diagramme ternaire, tracer la droite reliant l’eutectique, la roche mère et la roche résiduelle. Ces 3 points sont sur une droite car unité génétique entre les 3. Le taux de fusion partielle est donné par T = 100 * (résiduel - mère)/(résiduel - eutectique).

Question 15

définition d’un élément incompatible et commet quantifier un caractère incompatible, et quels sont les éléments incompatibles

Answer 15

Élément qui n’est pas stable dans un réseau cristallin et qui va avoir tendance à s’en échapper. Le caractère incompatible d’un élément est donné par le coefficient de partage D = concentration de l’élément (minéral)/concentration de l’élément (liquide).
Si D > 1 alors l’élément est plus présent dans le minéral donc compatible et si D < 1 alors l’élément est incompatible.
Les éléments incompatibles sont :
- ceux dont le rayon atomique est très élevé donc déstabilise le réseau cristallin
- ceux dont la charge électrostatique est faible donc ils ne font pas l’objet de rétention
- les 2 = les éléments alcalins (Na+, K+, Rb, U, Zr).

Question 16

relation entre taux de fusion partielle et teneur en incompatible

Answer 16

la fusion partielle réalise un tri minéralogique et un tri géochimique car si le taux de fusion est faiblesse liquide sera enrichi en éléments incompatibles et s’il est fort alors il sera relativement riche en éléments compatibles.

Question 17

par quelle méthode, déterminer la région source du magma

Answer 17

On étudie les rapports isotopiques d’un élément. Pour le couple 87SR/86Sr, ce sont 2 éléments qui ne sont pas séparables par des phénomènes de fuse partielle : ils ne sont pas fragmentés et partent tous les 2 dans le liquide donc le rapport isotopique est révélateur de la région source du magma.

Question 18

enveloppes terrestres et signature isotopique

Answer 18

Les enveloppes terrestres ne possèdent pas toutes le même rapport isotopique : on parle de signature isotopique. par exemple, les basaltes des dorsales (MORB) ont un rapport isotopique faible (<0,703) versus les basaltes des points chauds ont un rapport + fort (0,703-0,705).

Question 19

comment expliquer les ≠ isotopiques entre MORB et OIB

Answer 19

le 87Rb est un élément incompatible par rapport au 87Sr. Ainsi, lors de la fusion partielle, il enrichit le liquide et subit la même ascension. Cependant, il se désintègre en 87 Sr. Conclusion : CC enrichie en Rb et manteau superficiel appauvri en Rb donc CC enrichie en 87Sr (0,710) et manteau superificiel appauvri en 87Sr (0,702) et manteau profond riche en 87Sr.
Les régions MORB sont appauvries en 87Sr donc le magma issu provient du manteau superficiel.
Les régions OIB ont enrichies en 87Sr donc le magma provient de la fusion du manteau profond.
Comme les OIB ont un rapport intermédiaire entre le manteau superficiel et la CC, cela témoigne du recyclage du matériel crustal au niveau des zones de subduction et de sa remontée par des panaches mantelliques.

Question 20

citer d’autres couples radiogéniques

Answer 20

1) 147Sm/143Nd avec cette fois élément fils incompatible donc signature isotopique inverse : la CC est pauvre en 143Nd et le manteau superficiel est riche en 143Nd et en Sm.
2) 238Uranium/206Plomb et Uranium est un élément incompatible donc s’accumule dans la croûte.

Question 21

comment expliquer la diversité des granites ?

Answer 21

on ne peut pas se baser sur les rapports initiaux en éléments radiogéniques car ils sont trop différents.
Des granites dont les rapports initiaux sont <0,705 sont des granites d’origine mantellique issus de la fusion partielle du manteau sup.
Des granites dont le rapport isotopique est&raquo_space; 0,705 sont des granites issus de la fusion de la CC (granite d’anatexie).

Question 22

donner les spectres caractéristiques des différentes régions en éléments traces

Answer 22

Les basaltes d’OIB ont un spectre concave
Les basaltes des MORb ont une courbe croissante
Les basaltes IAb (arcs insulaires) dont le spectre ressemble à celui des OIB mais avec une forte anomalie pour Nb

Question 23

où stagne le magma une fois son ascension terminée ?

Answer 23

Le magma stagne dans des chambres magmatiques qui s’étendent de la croûte jusqu’à la limite croûte/manteau.

Question 24

comment se présente une chambre magmatique ?

Answer 24

une chambre magmatique contient “une bouillie cristalline” cad un mélange d’une phase liquide et d’une phase solide plus ou moins organisée avec un gradient de T entre le sommet et la base (500°c de ≠). Au milieu de la bouillie, le magma est très visqueux et le nombre de Rayleihgh > 2000 donc convection au sein de la chambre.

Question 25

pq le magma stagne dans la chambre et que se passe-t-il

Answer 25

le magma arrive dans la chambre où il n’est plus assez léger pur migrer, en effet sa masse volumique est la même que l’encaissant. Il va donc continuer son évolution au sein de la chambre magmatique. Il évolue minéralogiquement et chimiquement = différenciation. Il existe 2 mécanismes : la cristallisation fractionnée (obligatoire) et l’existence facultative de mélange avec des solides ou entre magmas.

Question 26

Un liquide se transforme progressivement en roche dans un intervalle de T. Quel est cet intervalle et comment est-il défini ?

Answer 26

L’intervalle peut être de 200°C. Il est limité par le liquidus (première apparition d’un cristal) et le solidus (disparition de la dernière goutte de liquide).

Question 27

qu’est ce qu’une séquence de cristallisation ? quels sont les 3 cas qui laissent supposer une séquences de cristallisation.

Answer 27

La cristallisation est généralement incongruente cad que les cristaux formés n’ont pas la même composition que le liquide magmatique. Il existe donc des séquences de cristallisation.

1) les gabbros lités avec litige de ferrromagnésiens/ Feldspaths. Il y a d’abord cristallisation des minéraux sombres puis clairs.
2) des minéraux sont inclus dans d’autres
3) cristaux zonés : le cristal change de composition du coeur vers la périphérie car il évolue dans un magma dont la composition change.

Question 28

comment peut il y avoir évolution chimique d’un magma ?

Answer 28

En effet, lors de la cristallisation fractionnée, la composition chimique du magma évolue (s’enrichit en incompatibles, en silice) seulement s’il n’y a pas d’échanges entre magma/cristaux. Nécessité d’un processus de ségrégation des cristaux et du liquide résiduel.

Question 29

quelle est la différence entre la cristallisation à l’équilibre et la fractionnée ?

Answer 29

Au cours de la cristallisation à l’équilibre, le magma résiduel interagit avec les cristaux néoformés. Il y a équilibre entre les phases cristallines et liquides. Comme à tout instant le magma résiduel interagit avec les cristaux, ces derniers sont homogènes. Le solide a la composition du liquide initial.
À l’inverse, au cours de la cristallisation fractionnée, il y a ségrégation entre liquide et cristaux. La cristallisation fractionnée est la cristallisation successive de minéraux en fonction de leur température de cristallisation. On obtient des cristaux zonés = le coeur du plagioclase est riche en l’élément le + compatible (le 1er à être formé) et sa périphérie s’enrichit de + en + en incompatibles. Le solide a la composition de l’eutectique.

Question 30

quelle condition pour atteindre l’eutectique

Answer 30

On doit considérer un système avec des minéraux non miscibles

Question 31

les séries de Bowen

Answer 31

Ce sont des séries réalisées à partir d’expériences. Elles permettent de prévoir l’ordre d’apparition des minéraux en fonction de la composition initial du liquide, de la teneur en SiO2 et de la T. Il en existe 2 :
- une série pour les ferromagnésiens : cette série est discontinue car elle comprend différents minéraux qui apparaissent progressivement au cours du refroidissement et qui ont des structures cristallines ≠. Ordre : olivine, pyroxènes, amphiboles et mica noir. Les + chargés en ferromagnésiens cristallisent les premiers.
- une série pour les plagioclases : cette série est continue car les minéraux formés ont la même structure cristalline donc peuvent se rééquilibrer avec le liquide sans changer de structure. D’abord plagioclases calciques (albite) puis des structures de + en + sodiques (Anorthite).
Enfin les minéraux pauvres en SiO2 sont les + précoces à cristalliser.
Ces 2 séries fonctionnent ensemble : formation d’amphibole à la même température que cristallisation des plagioclases sodiques donc le Ca est intégré dans l’amphibole.

Question 32

ordre de cristallisation et paramètres

Answer 32

L’ordre de cristallisation des minéraux dépend de 3 paramètres :

• condition de P et T de la stabilité des minéraux. Les minéraux qui se forment ne premier sont stables à haute T.
• la composition chimique du liquide initial
• la teneur ou la fugacité de H2O ou de O2 dont la présence est nécessaire à la cristallisation de certains minéraux.

Question 33

condition de différenciation fractionnée

Answer 33

elle ne peut s’accomplir que si le magma est pauvre en cristaux (0 à 30%).

Question 34

qu’est ce que l’hybridation et quelles sont les circonstances ?

Answer 34

L’hybridation est le phénomène au cours duquel le magma primaire contenu dans la chambre magmatique évolue par mélange magmatique :

• sa composition évolue avec le temps = injection de nouveau magma primaire dans la chambre et mélange –> magma donnera des roches moins différenciées (moins riche en FeMg).
• le magma mantellique (1200°C) fait fondre l’encaissant (solidus du granite à 700°C) –> magma mixing.

Question 35

qu’est ce que l’assimilation ? qu’est ce que la contamination ?

Answer 35

Assimilation = intégration d'enclaves de fragments de l'encaissant (à l'état solide) dans un magma (en bordure de la chambre magmatique). les enclaves sont anguleuses.
Contamination = modification de la chimie du magma par diffusion d'éléments de l'encaissant vers le magma.

Question 36

dans quelles zones la contamination est-elle la plus forte?

Answer 36

dans les zones de subduction, le magma andésitique formé suite à l’hydratation du manteau pouvant être contaminé aux cours de sa remontée dans la CC.