Recyclage chimique dans les zones de subduction

[Tawahi-Kiwi]

L’usine de recyclage des marges convergentes

Cet article expose un modèle synthètique qui reprend notamment l'ensemble des données accumulées cette derniere décennie pour expliquer le recyclage géochimique observé dans les zones de subduction entre la plaque océanique subductée (slab) et les volcans d’arcs en surface.

Les zones de subduction ne se limitent pas à retourner la lithosphere océanique⁽¹⁾ dans le manteau mais sont aussi un endroit ou un important recyclage de composants chimiques a lieu, transferant de nombreux éléments de la croute descendante vers la surface, pour etre incoporé aux laves formant les arcs insulaires mais aussi les bassins d’avant-arc et d’arrière-arc. En combinant 40 ans de recherches sur les zones de subduction avec les découvertes les plus récentes en pétrologie expérimentale, géophysique, modélisation numérique et thermodynamique et les nouvelles techniques analytiques appliquées à la géochimie des magmas d’arcs et des roches metamorphiques de haute pression et d’ultra haute pression, on abouti maintenant à un processus qui peut rendre compte de tout les details géochimiques present dans les laves de volcans d’arc.

Les modèles originaux, developés il y a plus de 40 ans et toujours largement enseigné dans les cursus universitaires, considerent que la déshydration de la croute subductée libère de grande quantité de fluides hydrothermaux qui une fois dans le manteau, provoquent une fusion partielle importante et la formation de magma basaltique qui produiront les arcs volcaniques. Dans ces modèles, la croute subductée est considerée comme trop froide pour fondre dans la plupart des cas. Les dernières génerations de modélisation numérique, en conjonction avec une meilleure compréhension de la chimie et la pétrologie des phases fluides a ultra-haute pression, indique que les conditions physico-chimiques à grande profondeur sont telles que la croute océanique fond très probablement dans un environnement saturé en eau.

Dans cet article, il y est décrit un modèle synthétique qui peut expliquer les mecanismes permettant le transfert d’élément entre la plaque subductée et la partie supérieure de la zone de subduction en faisant intervenir la présence de serpentinite⁽²⁾ et la pétrologie des éclogites felsiques⁽³⁾. La serpentinite est une roche abondante de la plaque subductée qui forme une grande partie de la partie inférieure de la lithosphere océanique (formée par interaction de la croute avec l’eau de mer) et peut aussi etre presente dans la partie supérieure en tant que fragments arrachés au bassin d’avant arc (formé par la libération précoce de fluides près de la fosse océanique).

Le couplage de la zone subductée avec la convection de l’asthenosphere⁽⁴⁾ aux profondeurs de sous-arc (~100km) induit un réchauffement important de la lithosphere et la devolatilisation des serpentinites profondes et du mélange petrologique hydraté présent au dessus de la plaque. Les interactions de ces fluides hydrothermaux avec les éclogites felsiques permet de produire un magma alcalin et hydraté capable de migrer dans le manteau. Les interactions qui ont lieu dans le coin mantellique produisent un basalte d’arc qui possède toutes les caractéristiques trouvées dans les volcans d’arcs insulaires.

Dans ce nouveau modèle, le transfert géochimique des éléments entre le slab et la croute est fait au moyen de la deshydratation des serpentinites, provoquant la fusion des parties les plus felsiques de la plaques subductée et permettant ainsi de libérer et recycler la plupart des elements retrouvés dans la croute continentale.



(1) La lithosphere oceanique ne se limite pas a la croute oceanique, une grande partie de manteau froid et rigide est aussi attache a cette croute
(2) Ce manteau rigide est progressivement transforme en serpentine par les fluides hydrothermaux. Une roche formee principalement de serpentine est une serpentinite
(3) Les sediments present au sommet de la croute oceanique sont subductes et transformes par les reactions metamorphiques en une roche dense faite d'un assemblage de mineraux de haute pression (phengite, omphacite, coesite, grenat)
(4) L'asthenosphere est la partie du manteau qui est plastique, et donc capable de montrer des mouvement de convection.




Reference :

Element recycling from subducting slabs to arc crust: A review
Lithos, 170-171 (2013), p208-223

Carl Spandler^(a,b), Cassian Pirard^(a,b,c)
a. James Cook University, SEES, Townsville, Australie
b. Australian National University, RSES, Canberra, Australie
c. Vrije Universiteit VUA, Amsterdam, Pays-Bas

http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2013.02.016

T-K
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[Pfhoryan]

The example above serves as a reminder that progress on understanding of natural phenonoma does not come exclusively from devotion to the latest research innovations and directions, but also can benefit from reappraisal of research concepts and ideas of times past.

Indeed!