vendredi 5 avril 2013

Volcanisme (2)

 Les Volcans


 
Les volcans sont des appareils qui mettent en relation via des magmas la surface du globe avec les zones internes (croute profonde, manteau supérieur et inférieur). Les magmas viennent s'épancher a la surface en y créant des reliefs de structures variées.
Le volcanisme est un phénomène intermittent, les phases d'éruption alternent avec des phases de repos qui peuvent être très longues (plusieurs milliers d'années), le volcan est alors dit éteint.
L'activité éruptive correspond a une série de phénomènes qui va permettre l'épanchement en surface à l'état de laves, du magma (en profondeur) terrestre par l'intermédiaire des volcans.
Le magma correspond a un liquide riche en produits volatils qui sont maintenus en solution grâce aux pressions qui existent dans l'écorce terrestre. Ces produits volatils vont pouvoirs s'exprimer qu'au moment de la décompression (différence de pression) qui va correspondre a la séparation des gaz et des laves (vésiculation de magmas).
 
 
Volcanisme et tectonique des plaques
 
 
 
 
La répartition d'une grande partie du volcanisme suit celle de la séismicité terrestre.

Les volcans se trouvent dans:

·         Les zones d'accrétion de la lithosphère océaniques
·         Les zones de subduction
·         Le domaine intra-plaque


1- Les Zones d'accrétion

Le volcanisme de rift traduit l'expansion des fonds océaniques, c'est un volcanisme fissural relativement calme. Les laves sont représentées par des basaltes tholéiitique et se consolident généralement en pillow lavas et en coulées fluides formant parfois des lacs de laves.

Ces laves sont émises au fond des océans dans la vallée axiale des dorsales lentes où elles peuvent former de petits volcans axiaux jalonnant la zone néo-volcanique.


2- Les zones de subduction

Ces zones convergentes sont le siège d'un volcanisme calco-alcalin beaucoup plus brutal et associé a une forte séismicité. Le type de volcans est explosif.

Ex: la ceinture de feu dans le Pacifique, la subduction de la plaque antarctique sous la plaque Américaine, la subduction de la plaque de Juan de Fuca...

3- Les zones de convergence entre 2 plaques continentales

Le volcanisme orogénique est a chimisme calco-alcalin et il existe tant que la lithosphère subduite peut se déshydrater pour permettre la fusion du manteau. Ce volcanisme peut même se produire en stade de collision très avancé.

Ex: Subduction de la plaque Africaine sous la plaque Européenne (volcanisme périméditerranéen)...


4- Domaine intraplaque: Les points chauds

Les points chauds sont des secteurs de la surface du globe ou se concentre une activité volcanique remarquable et qui sont situées au dessus de régions du manteau dont la température est anormalement élevée.

La température a la base des points chaud est d'environ 1550°C au lieu de 1250°C pour les régions environnantes d'égales profondeurs.
Les grands points chaud sont généralement peu mobiles au centre de la terre.

Pourquoi les points chauds semblent-ils immobiles, contrairement aux plaques ?
 Parce que les panaches seraient ancrés dans une région profonde
 
Quelle serait l’origine des points chauds ?
Il existe des anomalies thermiques dans le manteau inférieurs ou a la base du manteau supérieur
Ils s’accompagne d’anomalies de densités provoquant des instabilités et un mouvement d’ascension de la matière sous l’effet de la poussée d’Archimède, le manteau moins dense monte et forme un panache mantellique (mantle plume) qui s’étale et vient rencontrer la lithosphère plus rigide. En s’approchant de la lithosphère ce panache s’étale et commence a fondre par décompression, ceci se passe a des profondeurs de 200-100 Km.

Entrainant un magma basaltique qui stagne dans cette région, mais dès que le volume de magma est en profondeurs suffisante il traverse la lithosphère jusqu'à la perser engendrant ainsi la formation d’un volcan de point chaud.

Les points chauds peuvent interferer avec les dorsales océaniques (Islande ou Iles des Açores).

Les points chauds sont  responsables d’épanchement de magma en très grande quantités sur des périodes géologique restreintes et sur des surfaces de plusieurs centaines de Km2  
Ex :  Les trappes du Deccan (Inde), Les trappes de Sibérie, Les trappes d’Éthiopie…

En raison de la dérive des plaques lithosphérique, au dessus de ces anomalies thermiques, les points chauds situés sur des plaques rigides se trouve a l’extrémité d’alignements volcaniques remarquables.
Ex :  Iles Hawaï, Ile de la réunion…

Sur les 120 points chauds recensés, un peu plus de la moitié  de ces points chauds sont situés sur les continents (Etna, Piton de la fournaise, Massif central)

La composition des laves de points chaud :
Depuis un pole tholéiitique jusqu'à un pole alcalin et les éruptions sont soit effusives soit explosives.


Les trappes du Deccan, en Inde, s’étendent sur près de un million de kilomètres carrés et sur une épaisseur d’au moins trois kilomètres. Ce cataclysme volcanique semble s’être produit il y a 65 millions d’années, à la fin du Crétacé et au début du Tertiaire, sur une durée très brève à l’échelle géologique moins d’un million d’années. Il a peut-être contribué de façon importante à la disparition, à cette même époque, des dinosaures et de quantité d’autres espèces,

 

 

Point chaud
(Définition du dictionnaire de géologie)
 [traduction de l’anglais hot spot] - Zone hypothétique de formation de magma située au sein du manteau, et à partir de laquelle la matière s’élève selon une colonne ascendante (panache, en anglais plume) se traduisant à la surface de la lithosphère par des manifestations volcaniques. Ces points chauds auraient une durée très longue, d’au moins quelques dizaines de millions d’années, et seraient à peu près immobiles par rapport au repère que forme le globe terrestre : ils permettraient ainsi de mettre en évidence le mouvement absolu des plaques lithosphériques par la considération du déplacement, sur elles, des centres éruptifs liés à ces points chauds. On connaît en effet quelques dizaines d’alignements volcaniques dont l’âge varie continûment d’un bout à l’autre, et qui appuient cette hypothèse (volcans d’Hawaii ; points éruptifs alignés entre l’Eifel et la Silésie et dont les âges s’étalent sur 40 m.a.).

 
Pour résumer…
Les zones d'accrétion
Basaltes tholéiitique
Effusif
Les zones de subduction
Calco-alcalin
Explosif
Les points chauds
Pole tholéiitique jusqu'à alcalin
Effusives ou explosives
 
 

Généralement, lorsqu’on parle de volcan on a tendance a imaginer une montagne conique dont le sommet s'ouvre en cratère, d'où s'échappe un mélange de matériaux d'origine profonde. Eh bien, il existe des volcans d'aspect différent, et les types des appareils sont liés a la nature des produits émis et a la nature des éruptions.


Les éruptions volcaniques


Le déroulement des éruptions volcaniques varie en fonction du magma émis (du chimisme, viscosité, densité, richesse en gaz,  en eau).
Suivant le type de magma émis,  le dynamisme éruptif se situ entre 2  pôles extrêmes : un type effusif et un type explosif.
 
Le type effusif
  Les magmas sont dégazés, ce qui conduit a un débordement calme de la lave (coulée).
 Les éruptions effusives sont les éruptions hawaiienne et stromboliennes

Le type explosif
Caractérisé par la fragmentation complète du magma et l’éjection dans l’atmosphère de particules de magma et l'éjection dans l'atmosphère de particules de magma liquide ou déjà solidifié, mais aussi d’éléments solides arrachés au conduit.
Les magmas ne sont pas dégazés, les laves sont donc très visqueuses et libèrent leurs gaz volcanique difficilement. Ces éruptions ne libèrent pas de coulées de laves mais s’accompagnent d’explosions  produisant de grandes quantitées de cendre donnant naissence a des nuées ardentes et des panaches volcaniques.
Les éruptions  explosives sont les éruptions vulcanienne, peléenne et plinienne.  
Ex : volcans de la ceinture de feu du pacifique (Pinatubo, Krakatoa)
 

La construction d’un édifice volcanique nécessite en générale des séries importantes d’éruptions souvent durant quelques millions d’années.
Certains systèmes volcaniques ne sont associés a aucun édifice visible, c’est le cas des trappes, des grandes émissions de laves constituants des plaines (plateau) qui prennent naissance a partir de fissures de grandes dimensions.
 
 * Les trappes : il s’agit d’éruption fissurales que l’on oppose aux éruptions punctiforme associés a des éruptions volcaniques.
* Les éruptions phréatomagmatiques : lorsque les éruptions se déroulent  en présence d'eau ils prennent alors les caractéristiques
 
 
 
Les éruptions punctiformes : elles correspondent aux volcans de forme conique classique dans de nombreux environnements géodynamiques.
On distingue également 2 types d’éruptions, les éruptions permanentes et les éruptions paroxysmales.
*Les éruptions permanentes :  ce sont celles des volcans en activité constantes ou presque donnant des cônes mixtes (laves+produits solides) ex : Stromboli
*éruptions paroxysmales : ce sont les plus dangereuses, engendre la formation d’un panache de cendre, de nuées ardentes et d’une caldeira sont souvent associés a la destruction de l’ancien sommet ex : Vésuve.
 
 
Paroxysme  n. m. (orogénique) - Période d’activité maximale dans la formation d’un édifice tectonique. Il est généralement caractérisé par un plissement des terrains suivi par une discordance. adj. : paroxys-mal, e, aux (ex. phase paroxysmale), paroxysmi-que.
 

 
* Les types d’éruptions fissurales : avec et sans explosions.
SANS explosions :
L’émission de laves très fluide se diverse par des fissures de l’écorce terrestre.
Les trappes du Deccan et celle d’Irlande sont dues a des éruptions de ce type.
Les trappes correspondent a des plateaux de laves basaltiques de plusieurs milliers de Km2 qui sont dues a des « crises volcaniques  exceptionnelles» de la Terre. Ces épanchements representent un tel volume que des scientifiques y voit un facteur majeur de plusieurs grande crises biologiques. Notamment, pour les trappes du Deccan la limite Crétacé-tertiaire et pour les trappes de Sibérie la limite Permo-trias.
 
AVEC  explosions (limité) :
Type connu en Islande ou on a une combinaison d’un système fissurale émettant des coulées fluides et des gaz ; et les édifices localisés de type Strombolien.
 

La dynamique des eruptions et edifices resultant
 
Classification des dynamismes éruptifs selon Géze en 1964.
La morphologie des éruptions dépend de la nature des laves en allant des laves les plus fluide jusqu'aux laves les plus visqueuses.

On caractérise les types:
Hawaiien
Péléen
Vulcanien
Strombolien

Cette distinction a été développée et préciser sur des diagrammes triangulaires de Gezz dont les pôles correspondent aux produits dominant émis pat le volcan (gaz, solide et liquide)
Le triangle est dominé par 4 domaines:
Un domaine dominé par les gaz-------- type explosif----Vulcanien
Un domaine dominé par les solides-----type extrusif---- Péléen
Un domaine dominé par les liquides----type effusif------Hawaiien
Un domaine mixte------------------------type mixte--------Strombolien
 
 
La classification de Walker, 1973
Basée sur les paramètres :
·        Epaisseur de la couche déposée
·        Fragmentation du matériel volcanique *
·        Dispersion des dépôts  *

 
F : indice de fragmentation se définit par le pourcentage en poids de matériel volcanique de granulométrie inférieur a 1mm.
D: indice de dispersion qui cherche a évaluer la surface couverte des dépots. Cette évaluation est délicate puisque les couches de quelques mm sont très fine, détruites par les agents atmosphériques.
L'intérêt de cette classification est de permettre d'une part des comparaisons entre les éruptions actuelles et fossiles et d'autres part d'évaluer l'intensité des éruptions F et D qui augmentent avec la magnitude de l'éruption pour un type donné.
Le type Hawaiien a été placé sur le diagramme a titre de comparaison, il présente une fragmentation nul et une dispersion très limitée.
Le type Strombolien voit les paramètres F et D arrêtés,  
2 lignées se distingues en suite en fonction de la fragmentation du matériel:
Une lignée très fragmentée (Vulcanien et Suntseyer)
Une lignée Plinienne caractérisée par de véritables pluies de ponce qui peuvent retomber pendant des heures.


Quelques grands types eruptifs
 
Hawaiien : Le type des coulées, il s’agit de cônes de laves ou le matériel est solide intervient très peu. Ces cônes sont très surbaissés et les cratères sont de vastes dimensions.
Strombolien : Domaine des projections, il s’agit de cônes mixtes avec émissions de laves fluides auxquelles s’ajoutent des projections grossières solides. C’est un cône très régulier composé alternativement de couches de projections et  de couches de laves ayant débordés parfois, une coulée volumineuse entraine avec elle les projections, le cratère devient incomplet (égueulé).
Vulcanien : Domaine des centre, le cône est presque uniquement construit de matériel solide. La lave est visqueuse et sors difficilement, les explosions sont fréquentes pouvant conduire a la destruction de l’ancien cratère.
Extrusion et nuées : les explosions phréatomagmatiques qui mettent en contacte le magma et l’eau donnent des explosions.
 
 
Produits émis par un volcan

Les gaz
Les coulées de laves et les dômes
Projections pyroclastiques
Pyroclastes
Blocs et bombes

Les gaz
      90%---------- Eau H2O
            ----------- Dioxyde de carbone CO2
            ----------- Monoxyde de carbone CO
           ------------ Anhydride sulfureux SO2 ---------> Solfatar
            -----------(Hydrogène sulfurisé H2S + Méthane CH4)

Les gaz sont émis par le cratère et même par des orifices disséminés sur l'édifice.
La vapeur d'eau constitue 90% de ces gaz puis vient le Dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, l'hydrogène n'est pas rare (surtout dans les magmas basiques) tandis que le méthane est sporadique, l'acide chlorhydrique est très fréquent, l'acide sulfuridrique est relativement rare, le soufre est en revanche courant sous forme de vapeur de soufre qui se dépose et forme des  gisements que l'on appelle solfatar ou également sous forme de gaz sulfureux (SO2).

La présence de gaz dissous favorise la fluidité et diminue la T° de solidification de la lave d'évacuation de ces gaz dans l'athmosphère provoque la consolidation rapide.

Une lave basaltique riche en gaz continu a couler a des T° de l'ordre de 800° lorsque la lave est solidifié après expulsion de gaz, on parle de scories.

Les émanation de gaz peuvent dans certains cas être catastrophiques, tel est l'exemple du volcan de Nyos au Cameroun qui en 1986 avait fait 1800 victimes suite a des émanassions de gaz.



Les coulées de laves et les dômes
Coulée ---> épanchement - émission - écoulement de lave
La T° de la lave varie de 600°C a 1200°C suivant la nature de la lave et la proportion de gaz













 
 



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