تفسير نشأة صهارات الطمر بتميّه إسفين الرداء، وموضعة القوس البركاني بالنسبة للوح الغائص؛
تمييز السلسلة الكلسية-القلوية ودينامية ثورانها، وتفسير الانتقال من البازلتات المميَّهة إلى الأنديزيتات والكرانيتويدات؛
استعمال التغيّر المستعرض للابات القوس لتحديد اتجاه الطمر؛
تفسير كون صهارية الاصطدام قشرية أساسًا ووصف ظروف الأناتيكسي؛
التمييز، على مخطط ضغط–حرارة، بين الأناتيكسي بالتسخين متساوي الضغط وبانخفاض الضغط وبإضافة الماء؛
التمييز بين كرانيت أناتيكتي وكرانيت اندساسي، وبين كرانيتات الطمر وكرانيتات الاصطدام.
1. مفارقة ينبغي حلّها
في منطقة طمر، يغوص غلاف صخري محيطي بارد في الرداء؛ فتنخفض خطوط تساوي الحرارة ويكون التدفق الحراري ضعيفًا فوق الخندق (الدرس 165). ومع ذلك، على بعد بضع مئات من الكيلومترات من الخندق، تنتشر على الصفيحة الراكبة سلسلة من البراكين النشيطة وكتل كرانيتية واسعة: فالحزام المحيط بالهادي يضم أغلب البراكين النشيطة البارزة في الكرة الأرضية.
ولا يكمن الحل في تسخين، بل في الآلية الثانية للانصهار التي رأيناها في الدرس 166: إضافة الماء، التي تخفّض درجة حرارة انصهار الرداء.
2. صهارية مناطق الطمر
2.1 مصدر الماء
يأتي الماء من الغلاف الصخري المحيطي الغائص نفسه. فبعد تكوّنه عند الظهرات، تميَّه طوال حياته المحيطية (الدرس 168): معادن مميَّهة في البازلتات والغابرو التي حوّلها ماء البحر، وسربنتينيت ناتج عن البيريدوتيت، ورواسب مشبعة بالماء.
2.2 نزع الماء من اللوح وانصهار إسفين الرداء
صورة 1 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
مقطع علمي تعليمي بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، عمودي على منطقة طمر تحت هامش قاري، من السطح حتى عمق 200 كلم. يسارًا، غلاف صخري محيطي رمادي مزرق مع خندق، يغوص نحو اليمين تحت غلاف صخري قاري بيج سميك. بين الصفيحة الغائصة والصفيحة الراكبة، «إسفين الرداء» البرتقالي، مع أسهم منحنية تبيّن جرّه نحو الأسفل على طول اللوح ثم صعوده. على طول اللوح، نحو 80 إلى 120 كلم عمقًا، أسهم زرقاء تصعد من اللوح نحو إسفين الرداء، موسومة «نزع الماء من اللوح: تحرير الماء». فوقها، في إسفين الرداء، منطقة حمراء موسومة «انصهار جزئي للرداء المميَّه»، تنطلق منها قطرات حمراء تصعد نحو القشرة، وتتجمّع تحت القشرة وداخلها في خزانات موسومة «تمايز، تمثّل». على السطح، سلسلة من البراكين الأنديزيتية المخروطية موسومة «قوس بركاني»، وفي العمق داخل القشرة كتل وردية كبيرة موسومة «باثوليتات كرانوديوريتية». بُعد عمودي يبيّن «≈ 100 كلم» بين البركان وسقف اللوح. سهم أفقي في الأعلى، من الخندق نحو الداخل، موسوم «K₂O اللابات متزايد». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح
يتسلسل الاستدلال في أربع مراحل:
بغوصه، يخضع الغلاف الصخري الغائص لارتفاع الضغط والحرارة؛ فتصبح معادنه المميَّهة غير مستقرة وتتحوّل إلى معادن غير مميَّهة (تحول اللوح، الدرسان 172–173): فـيحرّر اللوح ماءه.
يصعد هذا الماء في إسفين الرداء (Coin de manteau)، أي جزء الرداء الواقع بين الصفيحة الغائصة والصفيحة الراكبة.
يخفّض الماء منحنى بداية انصهار بيريدوتيت إسفين الرداء، وهو ساخن (إذ يجرّه تحرّك اللوح، فيُصعد رداءً ساخنًا من الخلف): فـينصهر جزئيًا.
السائل المتكوّن بازلت غني بالماء، يصعد نحو الصفيحة الراكبة.
2.3 موقع القوس البركاني
تقع براكين القوس حيث يبلغ سقف اللوح الغائص عمقًا يقارب 100 كلم (من رتبة 80 إلى 120 كلم حسب الأقواس): إنه العمق الذي يوفّر عنده نزع الماء الماءَ لإسفين الرداء. ومن ثم علاقة هندسية بميل مستوى فاداتي-بينيوف (الدرس 164):
مثال — إذا غاص اللوح بزاوية 45°، وقع القوس على بعد ≈ 100 كلم من الموضع الذي يبدأ فيه اللوح في الغوص بقوة؛ وإذا غاص بزاوية 30°، كانت المسافة الأفقية اللازمة لبلوغ عمق 100 كلم ≈ 100 / tan 30° ≈ 175 كلم.
2.4 من البازلتات المميَّهة إلى الأنديزيتات: السلسلة الكلسية-القلوية
يصعد البازلت المميَّه المتكوّن في إسفين الرداء، ويتجمّع عند قاعدة القشرة وداخلها، ويتطوّر:
بـالتبلور التجزيئي (الدرس 166)، الذي يشجّعه الماء بجعله معادن مميَّهة مثل الأمفيبول تتبلور مبكرًا؛
بـتمثّل القشرة المعبورة، وهو يزداد أهمية كلما كانت القشرة سميكة؛
بـاختلاط الصهارات في الخزانات.
وينتج عن ذلك السلسلة الكلسية-القلوية، التي تغلب فيها الحدود الوسيطة:
الخاصية
صهارات الطمر
السلسلة
كلسية-قلوية (ثولييتية قوسية في بعض الأقواس الجزرية الحديثة)
كرانوديوريت، توناليت، ديوريت، كرانيت، في باثوليتات كبرى
2.5 دينامية انفجارية
لزجة (غنية بالسيليس) وغنية بالماء، تحتفظ صهارات القوس بغازاتها حتى التفتّت (الدرس 166): فتُنتج براكين القوس ثورانات انفجارية (أعمدة ثورانية، سحب متوهجة، إغنمبريت)، وقبابًا من لابة عجينية، وبراكين طباقية كبرى. إنها أخطر أنواع البركانية على الكرة الأرضية.
2.6 الأقواس الجزرية والهوامش القارية النشيطة
قوس جزري (محيط–محيط)
هامش قاري نشيط (محيط–قارة)
القشرة المعبورة
محيطية متزايدة السُّمك، قليلة السُّمك
قارية سميكة
الصهارات
بازلتات وأنديزيتات؛ سلاسل من الثولييتية القوسية إلى الكلسية-القلوية
كلسية-قلوية، أكثر تمايزًا (الداسيت والريوليت متكرران)
التلوّث القشري
ضعيف
مهم
الصهارية الجوفية
متواضعة
باثوليتات كبرى (سلسلة الأنديز)
أمثلة
جزر ماريانا، جزر الأنتيل
الأنديز
2.7 تحديد اتجاه الطمر
في قوس واحد، يزداد محتوى البوتاسيوم (K₂O) في اللابات، عند تساوي السيليس، بالابتعاد عن الخندق، أي كلما ازداد عمق اللوح تحت البركان (نسبة انصهار أضعف، وانصهار أعمق).
2.8 أحواض خلف القوس
خلف بعض الأقواس، تتمدد الصفيحة الراكبة وتنفتح في أحواض خلف القوس (Bassins arrière-arc)، حيث تتكوّن قشرة محيطية بصهارية قريبة من صهارية الظهرات، لكنها موسومة بتأثير الماء المحرَّر من اللوح.
3. صهارية مناطق الاصطدام
3.1 صهارية ذات أصل قشري
عندما ينغلق المحيط كليًا، تتقابل قشرتان قاريتان؛ فيتوقف الطمر ويتوقف معه إمداد إسفين الرداء بالماء. وتتغيّر طبيعة الصهارية: فهي تنتج من الآن فصاعدًا أساسًا عن الانصهار الجزئي للقشرة القارية المتزايدة السُّمك، أي الأناتيكسي (Anatexie).
لماذا يمكن للقشرة أن تنصهر؟
إنها غنية بمعادن مميَّهة (ميكا، أمفيبولات) وبالكوارتز والفلدسبات، التي تنصهر عند درجات حرارة أدنى بكثير من البيريدوتيت؛
وبعد ازدياد سُمكها (حتى ≈ 70 كلم)، تغتني بالعناصر الإشعاعية التي تسخّنها تدريجيًا (الدرس 165).
3.2 ظروف الأناتيكسي
يبدأ انصهار صخرة قشرية (نيس، ميكاشيست) عند درجات حرارة مختلفة جدًّا حسب توفّر الماء:
في وجود ماء حر (منحنى بداية الانصهار المميَّه): ابتداءً من ≈ 650–700 °م؛
في غياب ماء حر: لا يكون الانصهار ممكنًا إلا بـعدم استقرار الميكا (الموسكوفيت ثم البيوتيت)، التي تحرّر ماءها بانصهارها، عند درجات حرارة أعلى (≈ 750–850 °م وأكثر).
صورة 2 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
مخطط ضغط–حرارة علمي تعليمي بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector). المحور الأفقي: الحرارة من 400 إلى 1000 °م؛ المحور العمودي الموجَّه نحو الأسفل: الضغط من 0 إلى 12 kbar مع العمق التقريبي من 0 إلى 40 كلم على محور ثانوي. يُرسم: منحنى أزرق متقطع «منحنى بداية الانصهار المميَّه (وجود الماء)» شبه عمودي نحو 650–700 °م؛ منحنى أحمر متصل «انصهار بعدم استقرار الميكا (غياب ماء حر)» واقع عند حرارات أعلى، نحو 750–850 °م، ومائل بوضوح: تنخفض حرارة الانصهار عندما ينخفض الضغط؛ مجال ملوّن بالوردي على يمين المنحنيين موسوم «صلب + سائل (أناتيكسي)»، ومجال على اليسار موسوم «صلب». ثلاثة أسهم مرقّمة تنطلق من نقط في المجال الصلب: ① سهم أفقي نحو اليمين بضغط ثابت يعبر المنحنى الأحمر، موسوم «تسخين متساوي الضغط (قشرة متزايدة السُّمك مسخَّنة)»؛ ② سهم عمودي نحو الأعلى (نحو الضغوط الضعيفة) بحرارة شبه ثابتة يعبر المنحنى الأحمر المائل، موسوم «انخفاض الضغط الكظوم (استخراج، انهيار السلسلة)»؛ ③ سهم قصير يرمز إلى انزياح حد الانصهار نحو الحرارات المنخفضة، موسوم «إضافة الماء». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح
ثلاث طرق تسمح لقشرة سلسلة اصطدام ببلوغ هذه الظروف:
الطريقة
مسار ضغط–حرارة
الوضعية الجيولوجية
① التسخين متساوي الضغط (Échauffement isobare)
الحرارة ↑، الضغط شبه ثابت (مسار أفقي على المخطط)
تسخن القشرة المتزايدة السُّمك، الغنية بالعناصر الإشعاعية، ببطء في العمق بعد ازدياد سُمكها (عدة ملايين من السنين)
② انخفاض الضغط الكظوم (Décompression adiabatique)
الضغط ↓، الحرارة شبه ثابتة (تصعد الصخرة دون أن يتسع لها الوقت لتتبرّد)
صعود سريع لصخور عميقة وساخنة: تعرية شديدة، ترقّق السلسلة أو انهيارها الثقالي؛ وبما أن منحنى الانصهار بعدم استقرار الميكا يميل نحو الحرارات المنخفضة عندما ينخفض الضغط، فإن الصخرة تعبره
③ إضافة الماء
انزياح منحنى بداية الانصهار نحو الحرارات المنخفضة
موائع تحرّرها صخور مجاورة في طور التحول، أو فوالق زاحفة
ويُضاف إلى ذلك أحيانًا إمداد بالحرارة من صهارات رداوية تُحقن في قاعدة القشرة (مثلًا بعد انقطاع الغلاف الصخري الغائص أو انفصاله).
3.3 من الميكماتيت إلى الكرانيت
يُنتج الأناتيكسي سلسلة متصلة من الصخور تربط التحول بالصهارية:
النيس (Gneiss): صخرة متحولة ذات درجة عالية (الدرس 171)؛
الميكماتيت (Migmatite): صخرة منصهرة جزئيًا، مكوّنة من مناطق فاتحة (السائل المتبلور، الغني بالكوارتز والفلدسبات) ومناطق داكنة (البقايا، الغنية بالبيوتيت)؛
الكرانيت الأناتيكتي (Granite d'anatexie): عندما تصبح نسبة السائل مهمة، يتجمّع ويتبلور في مكانه؛
الكرانيت الاندساسي (Granite intrusif): قد ينفصل جزء من السائل، ويصعد أعلى في قشرة أبرد ويتبلور فيها، قاطعًا الصخور المضيفة.
صورة 3 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
مجسّم كتلي علمي تعليمي بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، يُظهر مقطعًا عموديًا للقشرة القارية. في الأسفل، مجال وردي منقّط موسوم «كرانيت أناتيكتي (في مكانه)»، حده العلوي منتشر وينتقل تدريجيًا نحو الأعلى إلى منطقة شريطية تتناوب فيها أشرطة فاتحة وأشرطة داكنة موسومة «ميكماتيت»، ثم إلى صخور متورّقة رمادية موسومة «نيس»، ثم «ميكاشيست». وانطلاقًا من الكرانيت الأناتيكتي، كتلة وردية على شكل قطرة تصعد عبر النيس وتتوقف أعلى في شيست ضعيف التحول؛ لها تماسات واضحة وقاطعة ويحيط بها شريط منقّط موسوم «هالة التحول بالتماس»؛ مع تسمية «كرانيت اندساسي (هاجر)». سهم عمودي على الجانب يبيّن «عمق وحرارة متزايدان». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح
المعيار
الكرانيت الأناتيكتي
الكرانيت الاندساسي
مكان التبلور
في مكان الانصهار (ذاتي الموضعAutochtone)
أعلى، بعد هجرة الصهارة (منقولAllochtone)
التماسات مع الصخور المضيفة
تدريجية، غير واضحة، انتقال إلى الميكماتيت
واضحة وقاطعة
هالة التحول بالتماس
منعدمة (كانت الصخور المضيفة ساخنة مثله)
موجودة (تدخل الصهارة الساخنة صخورًا مضيفة باردة)
الصخور المضيفة
صخور عالية الدرجة (نيس، ميكماتيت)
صخور أضعف درجة (شيست، ميكاشيست)
التركيب العيداني
قريب من تركيب الصخور المجاورة؛ بقايا من الصخور المضيفة (محتويات دخيلة، خيوط بيوتيت)
أكثر تجانسًا
3.4 كرانيتات الاصطدام
لأنها ناتجة عن انصهار صخور قشرية غنية بالألومنيوم (أطيان قديمة أصبحت ميكاشيست ونيس)، تكون كرانيتات الاصطدام مفرطة الألومين (Peralumineux): تحتوي معادن غنية بالألومنيوم مثل الموسكوفيت (كرانيتات بميكاوين)، أو الكورديريت أو العقيق (Grenat). والكرانيتات الفاتحة (Leucogranites) للهيمالايا مثالها الحالي. والكتل الكرانيتية العديدة في السلاسل القديمة، مثل كتل السلسلة الهرسينية بالمغرب، تندرج ضمن هذا الإطار (المحور المخصص لجيولوجيا المغرب).
4. تركيب: صهارية الطمر والاصطدام
المعيار
الطمر
الاصطدام
المصدر الرئيسي
رداء الإسفين، المميَّه
القشرة القارية المتزايدة السُّمك
آلية الانصهار
إضافة ماء آتٍ من اللوح
تسخين متساوي الضغط، انخفاض الضغط، إضافة الماء
الصهارات
بازلتات مميَّهة ← أنديزيتات، داسيت (كلسية-قلوية)
سوائل كرانيتية
البركانية
وفيرة، انفجارية (قوس)
نادرة أو منعدمة
الصهارية الجوفية
باثوليتات من الكرانوديوريت والتوناليت
كرانيتات فاتحة وكرانيتات أناتيكتية
المعادن المميزة
أمفيبول، بيوتيت (صهارات ذات أصل صهاري، تسمى من النمط I)
موسكوفيت، كورديريت، عقيق (كرانيتات ذات أصل رسوبي، تسمى من النمط S)
العلاقة بالتحول
تحول ذو ضغط مرتفع في اللوح (مصدر الماء)
استمرارية ميكماتيت ← كرانيت أناتيكتي
5. أخطاء شائعة وفخاخ الامتحان
الخطأ
التصويب
«تنتج بركانية الطمر عن انصهار الصفيحة الغائصة»
عمومًا، توفّر الصفيحة الماء وإسفين الرداء هو الذي ينصهر
«تتكوّن صهارات الطمر لأن الطمر يسخّن الرداء»
تتكوّن بـانخفاض منحنى بداية الانصهار بفعل الماء
«يقع القوس البركاني فوق الخندق»
يقع حيث يبلغ اللوح عمقًا يقارب 100 كلم
«يزداد K₂O لابات القوس نحو الخندق»
يزداد بالابتعاد عن الخندق
«يُنتج الاصطدام بركانية وفيرة»
صهارية الاصطدام جوفية وقشرية أساسًا
«مسار ينخفض فيه الضغط بحرارة ثابتة يطابق تسخينًا»
إنه انخفاض ضغط كظوم؛ والتسخين متساوي الضغط يطابق ارتفاع الحرارة بضغط ثابت
«يحيط بالكرانيت الأناتيكتي هالة تماس»
الهالة تميّز الكرانيت الاندساسي
«كل الكرانيتات متشابهة أيًّا كان السياق»
تختلف كرانيتويدات الطمر (بالأمفيبول) وكرانيتات الاصطدام (المفرطة الألومين) في مصدرها وتركيبها العيداني
6. خلاصة
مفارقة الطمر يحلّها الماء: ينزع اللوح المميَّه ماءه نحو 80–120 كلم؛ ويخفّض الماء منحنى بداية انصهار إسفين الرداء، فينصهر جزئيًا.
يقع القوس فوق اللوح عند عمق ≈ 100 كلم: كلما كان الطمر مسطّحًا، كان القوس أبعد عن الخندق.
بازلتات مميَّهة متمايزة (تبلور تجزيئي، تمثّل، اختلاط) ← سلسلة كلسية-قلوية: أنديزيت، داسيت؛ أمفيبول وبيوتيت؛ دينامية انفجارية؛ باثوليتات من الكرانوديوريت.
الاصطدام: صهارية قشرية أساسًا؛ الأناتيكسي ابتداءً من ≈ 650–700 °م مع الماء، وأعلى بعدم استقرار الميكا؛ ثلاث طرق: تسخين متساوي الضغط، انخفاض ضغط كظوم، إضافة الماء.
استمرارية نيس ← ميكماتيت ← كرانيت أناتيكتي (تماسات تدريجية، دون هالة)؛ والكرانيت الاندساسي هاجر (تماسات قاطعة، هالة تماس).
الصهارية داخل الصفيحة — بعد الحدود التباعدية والتقاربية، يدرس الدرس الموالي الصهارية التي تحدث بعيدًا عن حدود الصفائح: النقط الساخنة المحيطية والقارية، والمقاطعات البازلتية الكبرى.
Magmatisme et convergence lithosphérique
Objectifs de la leçon
À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :
résoudre le paradoxe d'un magmatisme abondant au-dessus d'une lithosphère plongeante froide ;
expliquer la genèse des magmas de subduction par hydratation du coin de manteau et situer l'arc volcanique par rapport au panneau plongeant ;
caractériser la série calco-alcaline et son dynamisme éruptif, et expliquer le passage des basaltes hydratés aux andésites et aux granitoïdes ;
utiliser la zonalité transversale des laves d'arc pour retrouver le sens de la subduction ;
expliquer pourquoi le magmatisme de collision est essentiellement crustal et décrire les conditions de l'anatexie ;
distinguer, sur un diagramme pression–température, l'anatexie par réchauffement isobare, par décompression et par apport d'eau ;
distinguer un granite d'anatexie d'un granite intrusif, et les granites de subduction des granites de collision.
1. Un paradoxe à résoudre
Dans une zone de subduction, une lithosphère océanique froide s'enfonce dans le manteau ; les isothermes sont abaissées et le flux de chaleur est faible au-dessus de la fosse (leçon 165). Pourtant, à quelques centaines de kilomètres de la fosse, une chaîne de volcans actifs et de vastes massifs granitiques jalonnent la plaque chevauchante : la ceinture circum-Pacifique concentre la majorité des volcans actifs émergés du globe.
La solution ne réside pas dans un réchauffement, mais dans le deuxième mécanisme de fusion vu dans la leçon 166 : l'apport d'eau, qui abaisse la température de fusion du manteau.
2. Le magmatisme des zones de subduction
2.1 L'origine de l'eau
L'eau provient de la lithosphère océanique plongeante elle-même. Formée aux dorsales, celle-ci a été hydratée pendant toute sa vie océanique (leçon 168) : minéraux hydratés des basaltes et gabbros transformés par l'eau de mer, serpentinites issues des péridotites, sédiments gorgés d'eau.
2.2 Déshydratation du panneau et fusion du coin de manteau
Image 1 — en préparationDescription
Coupe scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, perpendiculaire à une zone de subduction sous une marge continentale, de la surface jusqu'à 200 km de profondeur. À gauche, lithosphère océanique gris-bleu avec une fosse, plongeant vers la droite sous une lithosphère continentale beige épaisse. Entre la plaque plongeante et la plaque chevauchante, le « coin de manteau » orange, avec des flèches courbes montrant son entraînement vers le bas le long du panneau puis sa remontée. Le long du panneau, vers 80 à 120 km de profondeur, des flèches bleues montent du panneau vers le coin de manteau, légendées « déshydratation du panneau : libération d'eau ». Au-dessus, dans le coin de manteau, une zone rouge légendée « fusion partielle du manteau hydraté », d'où partent des gouttes rouges montant vers la croûte, s'accumulant sous la croûte et dans celle-ci en réservoirs légendés « différenciation, assimilation ». En surface, une chaîne de volcans andésitiques coniques légendée « arc volcanique », et en profondeur dans la croûte de grands massifs roses légendés « batholites granodioritiques ». Une cote verticale indique « ≈ 100 km » entre le volcan et le toit du panneau. Une flèche horizontale en haut, de la fosse vers l'intérieur, légendée « K₂O des laves croissant ». Fond blanc, annotations en français
Le raisonnement se déroule en quatre étapes :
En s'enfonçant, la lithosphère plongeante subit une augmentation de pression et de température ; ses minéraux hydratés deviennent instables et se transforment en minéraux anhydres (métamorphisme du panneau, leçons 172–173) : le panneau libère son eau.
Cette eau remonte dans le coin de manteau, la portion de manteau située entre la plaque plongeante et la plaque chevauchante.
L'eau abaisse le solidus de la péridotite du coin de manteau, qui est chaud (entraîné par le mouvement du panneau, il fait remonter du manteau chaud de l'arrière) : il fond partiellement.
Le liquide formé est un basalte riche en eau, qui remonte vers la plaque chevauchante.
2.3 La position de l'arc volcanique
Les volcans d'arc se situent là où le toit du panneau plongeant atteint une profondeur d'environ 100 km (de l'ordre de 80 à 120 km selon les arcs) : c'est la profondeur à laquelle la déshydratation fournit l'eau au coin de manteau. D'où une relation géométrique avec le pendage du plan de Wadati-Benioff (leçon 164) :
Exemple — Si le panneau plonge à 45°, l'arc se situe à ≈ 100 km de l'endroit où le panneau commence à plonger fortement ; s'il plonge à 30°, la distance horizontale nécessaire pour atteindre 100 km de profondeur est ≈ 100 / tan 30° ≈ 175 km.
2.4 Des basaltes hydratés aux andésites : la série calco-alcaline
Le basalte hydraté produit dans le coin de manteau remonte, s'accumule à la base de la croûte et dans celle-ci, et évolue :
par cristallisation fractionnée (leçon 166), favorisée par l'eau qui fait cristalliser tôt des minéraux hydratés comme l'amphibole ;
par assimilation de la croûte traversée, d'autant plus importante que la croûte est épaisse ;
par mélange de magmas dans les réservoirs.
Il en résulte la série calco-alcaline, où dominent les termes intermédiaires :
Caractère
Magmas de subduction
Série
Calco-alcaline (tholéiitique d'arc dans certains arcs insulaires jeunes)
Roches volcaniques dominantes
Andésites, dacites, rhyolites, basaltes hydratés
Minéraux caractéristiques
Plagioclase zoné, amphibole et biotite (minéraux hydratés), pyroxènes
Eau dissoute
Élevée (plusieurs %)
Roches plutoniques
Granodiorites, tonalites, diorites, granites, en grands batholites
2.5 Un dynamisme explosif
Visqueux (riches en silice) et riches en eau, les magmas d'arc retiennent leurs gaz jusqu'à la fragmentation (leçon 166) : les volcans d'arc produisent des éruptions explosives (panaches, nuées ardentes, ignimbrites), des dômes de lave pâteuse et de grands stratovolcans. C'est le volcanisme le plus dangereux du globe.
2.6 Arcs insulaires et marges continentales actives
Arc insulaire (océan–océan)
Marge continentale active (océan–continent)
Croûte traversée
Océanique épaissie, peu épaisse
Continentale épaisse
Magmas
Basaltes et andésites ; séries tholéiitique d'arc à calco-alcaline
Calco-alcalins, plus différenciés (dacites, rhyolites fréquentes)
Contamination crustale
Faible
Importante
Plutonisme
Modeste
Grands batholites (cordillère des Andes)
Exemples
Mariannes, Antilles
Andes
2.7 Retrouver le sens de la subduction
Dans un même arc, la teneur en potassium (K₂O) des laves à silice égale augmente en s'éloignant de la fosse, c'est-à-dire lorsque la profondeur du panneau sous le volcan augmente (plus faible taux de fusion, fusion plus profonde).
2.8 Les bassins arrière-arc
En arrière de certains arcs, la plaque chevauchante s'étire et s'ouvre en bassins arrière-arc, où se crée de la croûte océanique par un magmatisme proche de celui des dorsales, mais marqué par l'influence de l'eau libérée par le panneau.
3. Le magmatisme des zones de collision
3.1 Un magmatisme d'origine crustale
Lorsque l'océan est entièrement refermé, deux croûtes continentales s'affrontent ; la subduction s'arrête et, avec elle, l'apport d'eau au coin de manteau. Le magmatisme change de nature : il provient désormais surtout de la fusion partielle de la croûte continentale épaissie, l'anatexie.
Pourquoi la croûte peut-elle fondre ?
elle est riche en minéraux hydratés (micas, amphiboles) et en quartz et feldspaths, qui fondent à des températures beaucoup plus basses que la péridotite ;
épaissie (jusqu'à ≈ 70 km), elle est enrichie en éléments radioactifs qui la réchauffent progressivement (leçon 165).
3.2 Les conditions de l'anatexie
La fusion d'une roche crustale (gneiss, micaschiste) débute à des températures très différentes selon la disponibilité de l'eau :
en présence d'eau libre (solidus hydraté) : dès ≈ 650–700 °C ;
en l'absence d'eau libre : la fusion n'est possible que par la déstabilisation des micas (muscovite puis biotite), qui libèrent leur eau en fondant, à des températures plus élevées (≈ 750–850 °C et plus).
Image 2 — en préparationDescription
Diagramme pression–température scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate. Axe horizontal : température de 400 à 1000 °C ; axe vertical orienté vers le bas : pression de 0 à 12 kbar avec, sur un axe secondaire, la profondeur approximative de 0 à 40 km. Tracer : une courbe bleue en tirets « solidus hydraté (présence d'eau) » presque verticale vers 650–700 °C ; une courbe rouge continue « fusion par déstabilisation des micas (absence d'eau libre) » située à des températures plus élevées, vers 750–850 °C, et nettement inclinée : la température de fusion diminue quand la pression diminue ; domaine coloré en rose à droite des courbes légendé « solide + liquide (anatexie) », domaine à gauche légendé « solide ». Trois flèches numérotées partant de points du domaine solide : ① flèche horizontale vers la droite à pression constante franchissant la courbe rouge, légendée « réchauffement isobare (croûte épaissie réchauffée) » ; ② flèche verticale vers le haut (vers les faibles pressions) à température presque constante franchissant la courbe rouge inclinée, légendée « décompression adiabatique (exhumation, effondrement de la chaîne) » ; ③ flèche courte symbolisant le déplacement de la limite de fusion vers les basses températures, légendée « apport d'eau ». Fond blanc, annotations en français
Trois voies permettent à une croûte de chaîne de collision d'atteindre ces conditions :
Voie
Chemin pression–température
Situation géologique
① Réchauffement isobare
Température ↑, pression presque constante (chemin horizontal sur le diagramme)
La croûte épaissie, riche en éléments radioactifs, se réchauffe lentement en profondeur après l'épaississement (plusieurs millions d'années)
② Décompression adiabatique
Pression ↓, température presque constante (la roche remonte sans avoir le temps de refroidir)
Remontée rapide de roches profondes et chaudes : érosion intense, amincissement ou effondrement gravitaire de la chaîne ; comme la courbe de fusion par déstabilisation des micas s'incline vers les basses températures quand la pression diminue, la roche la franchit
③ Apport d'eau
Déplacement du solidus vers les basses températures
Fluides libérés par des roches voisines en cours de métamorphisme, ou par des chevauchements
S'y ajoute parfois un apport de chaleur par des magmas mantelliques injectés à la base de la croûte (par exemple après la rupture ou le détachement de la lithosphère plongeante).
3.3 De la migmatite au granite
L'anatexie produit une série continue de roches qui relie le métamorphisme au magmatisme :
gneiss : roche métamorphique de haut degré (leçon 171) ;
migmatite : roche partiellement fondue, formée de zones claires (le liquide cristallisé, riche en quartz et feldspaths) et de zones sombres (le résidu, riche en biotite) ;
granite d'anatexie : lorsque la proportion de liquide devient importante, il se rassemble et cristallise en place ;
granite intrusif : une partie du liquide peut se séparer, remonter plus haut dans une croûte plus froide et y cristalliser, en recoupant l'encaissant.
Image 3 — en préparationDescription
Bloc-diagramme scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, montrant une coupe verticale de croûte continentale. En bas, un domaine rose moucheté légendé « granite d'anatexie (en place) », dont la limite supérieure est diffuse et passe progressivement vers le haut à une zone rubanée alternant bandes claires et bandes sombres légendée « migmatites », puis à des roches foliées grises légendées « gneiss », puis « micaschistes ». Depuis le granite d'anatexie, une masse rose en forme de goutte monte à travers les gneiss et s'arrête plus haut dans des schistes peu métamorphiques ; elle a des contacts nets et sécants et est entourée d'une bande pointillée légendée « auréole de métamorphisme de contact » ; légende « granite intrusif (a migré) ». Une flèche verticale sur le côté indique « profondeur et température croissantes ». Fond blanc, annotations en français
Critère
Granite d'anatexie
Granite intrusif
Lieu de cristallisation
Sur le lieu de fusion (autochtone)
Plus haut, après migration du magma (allochtone)
Contacts avec l'encaissant
Progressifs, flous, passage aux migmatites
Nets et sécants
Auréole de métamorphisme de contact
Absente (l'encaissant était déjà aussi chaud que lui)
Présente (le magma chaud entre dans un encaissant froid)
Encaissant
Roches de haut degré (gneiss, migmatites)
Roches de degré plus faible (schistes, micaschistes)
Minéralogie
Proche de celle des roches voisines ; restes de l'encaissant (enclaves, traînées de biotite)
Plus homogène
3.4 Les granites de collision
Issus de la fusion de roches crustales riches en aluminium (anciennes argiles devenues micaschistes et gneiss), les granites de collision sont peralumineux : ils contiennent des minéraux riches en aluminium comme la muscovite (granites à deux micas), la cordiérite ou le grenat. Les leucogranites de l'Himalaya en sont l'exemple actuel. Les nombreux massifs granitiques des chaînes anciennes, comme ceux de la chaîne hercynienne au Maroc, relèvent de ce cadre (axe consacré à la géologie du Maroc).
4. Synthèse : magmatisme de subduction et de collision
Amphibole, biotite (magmas d'origine ignée, dits de type I)
Muscovite, cordiérite, grenat (granites d'origine sédimentaire, dits de type S)
Relation au métamorphisme
Métamorphisme de haute pression du panneau (source de l'eau)
Continuité migmatites → granites d'anatexie
5. Erreurs fréquentes et pièges d'examen
Erreur
Correction
« Le volcanisme de subduction provient de la fusion de la plaque plongeante »
En général, la plaque fournit l'eau et c'est le coin de manteau qui fond
« Les magmas de subduction se forment parce que la subduction réchauffe le manteau »
Ils se forment par abaissement du solidus dû à l'eau
« L'arc volcanique est situé au-dessus de la fosse »
Il est situé là où le panneau atteint ≈ 100 km de profondeur
« Le K₂O des laves d'arc augmente vers la fosse »
Il augmente en s'éloignant de la fosse
« La collision produit un volcanisme abondant »
Le magmatisme de collision est surtout plutonique et crustal
« Un chemin où la pression diminue à température constante correspond à un réchauffement »
C'est une décompression adiabatique ; le réchauffement isobare correspond à une hausse de température à pression constante
« Un granite d'anatexie est entouré d'une auréole de contact »
L'auréole caractérise le granite intrusif
« Tous les granites se ressemblent quel que soit le contexte »
Granitoïdes de subduction (à amphibole) et granites de collision (peralumineux) diffèrent par leur source et leur minéralogie
6. Bilan
Paradoxe de la subduction résolu par l'eau : le panneau hydraté se déshydrate vers 80–120 km ; l'eau abaisse le solidus du coin de manteau, qui fond partiellement.
L'arc se situe à l'aplomb du panneau vers ≈ 100 km de profondeur : plus la subduction est plate, plus l'arc est loin de la fosse.
Basaltes hydratés différenciés (cristallisation fractionnée, assimilation, mélange) → série calco-alcaline : andésites, dacites ; amphibole et biotite ; dynamisme explosif ; batholites de granodiorites.
Arcs insulaires (moins différenciés) et marges continentales (plus différenciées, contaminées) ; K₂O croissant en s'éloignant de la fosse → polarité de la subduction.
Collision : magmatisme surtout crustal ; anatexie dès ≈ 650–700 °C avec eau, plus haut par déstabilisation des micas ; trois voies : réchauffement isobare, décompression adiabatique, apport d'eau.
Continuité gneiss → migmatites → granite d'anatexie (contacts progressifs, sans auréole) ; le granite intrusif a migré (contacts sécants, auréole de contact).
Granites de collision peralumineux (muscovite, cordiérite, grenat : leucogranites) ; granitoïdes de subduction à amphibole.
Leçon suivante
Magmatisme intraplaque — Après les limites divergentes et convergentes, la leçon suivante étudie le magmatisme qui se produit loin des limites de plaques : points chauds océaniques et continentaux, grandes provinces basaltiques.