Arc insulaire - Island arc

Les arcs insulaires sont de longues chaînes de volcans actifs avec une activité sismique intense trouvées le long des limites des plaques tectoniques convergentes (telles que l' Anneau de feu ). La plupart des arcs insulaires proviennent de la croûte océanique et résultent de la descente de la lithosphère dans le manteau le long de la zone de subduction . Ils sont le principal moyen par lequel la croissance continentale est réalisée.

Les îles Ryukyu forment un arc insulaire

Les arcs insulaires peuvent être actifs ou inactifs en fonction de leur sismicité et de la présence de volcans . Les arcs actifs sont des crêtes de volcans récents avec une zone sismique profonde associée. Ils possèdent également une forme courbe distincte, une chaîne de volcans actifs ou récemment éteints, une tranchée en eau profonde et une grande anomalie négative de Bouguer sur le côté convexe de l'arc volcanique. La petite anomalie de gravité positive associée aux arcs volcaniques a été interprétée par de nombreux auteurs comme étant due à la présence de roches volcaniques denses sous l'arc. Alors que les arcs inactifs sont une chaîne d'îles qui contient des roches volcaniques et volcanoclastiques plus anciennes .

La forme incurvée de nombreuses chaînes volcaniques et l'angle de la lithosphère descendante sont liés. Si la partie océanique de la plaque est représentée par le fond océanique du côté convexe de l'arc, et si la zone de flexion se produit sous la tranchée sous- marine , alors la partie déviée de la plaque coïncide approximativement avec la zone Benioff sous la plupart des arcs.

Emplacement

La plupart des arcs insulaires modernes se situent près des marges continentales (principalement dans les marges nord et ouest de l'océan Pacifique). Cependant, aucune preuve directe de l'intérieur des arcs ne montre qu'ils ont toujours existé à leur position actuelle par rapport aux continents, bien que des preuves provenant de certaines marges continentales suggèrent que certains arcs ont pu migrer vers les continents à la fin du Mésozoïque ou au début du Cénozoïque .

Le mouvement des arcs insulaires vers le continent pourrait être possible si, à un moment donné, les anciennes zones de Benioff plongeaient vers l'océan actuel plutôt que vers le continent, comme dans la plupart des arcs aujourd'hui. Ceci aura entraîné la perte de fonds océaniques entre l'arc et le continent, et par conséquent, la migration de l'arc lors des épisodes d'étalement.

Les zones de fracture dans lesquelles se terminent certains arcs insulaires actifs peuvent être interprétées en termes de tectonique des plaques comme résultant du mouvement le long des failles transformantes , qui sont des marges de plaques où la croûte n'est ni consommée ni générée. Ainsi, l'emplacement actuel de ces chaînes d'îles inactives est dû à la configuration actuelle des plaques lithosphériques. Cependant, leur histoire volcanique, qui indique qu'il s'agit de fragments d'arcs insulaires plus anciens, n'est pas nécessairement liée à la configuration actuelle des plaques et peut être due à des différences de position des marges des plaques dans le passé.

Formation tectonique

Deux plaques entrent en collision et créent un arc insulaire entre elles au cours du processus.

Comprendre la source de chaleur qui provoque la fonte du manteau était un problème controversé. Les chercheurs pensaient que la chaleur était produite par frottement au sommet de la dalle. Cependant, cela est peu probable car la viscosité de l' asthénosphère diminue avec l'augmentation de la température, et aux températures requises pour la fusion partielle, l'asthénosphère aurait une viscosité si faible que la fusion par cisaillement ne pourrait pas se produire.

On pense maintenant que l'eau agit comme l'agent principal qui entraîne une fusion partielle sous les arcs. Il a été montré que la quantité d'eau présente dans la dalle descendante est liée à la température de fusion du manteau. Plus la quantité d'eau présente est importante, plus la température de fusion du manteau est réduite. Cette eau est libérée lors de la transformation des minéraux au fur et à mesure que la pression augmente, le minéral le plus porteur d'eau étant la serpentinite .

Ces réactions minérales métamorphiques provoquent la déshydratation de la partie supérieure de la dalle au fur et à mesure que la dalle hydratée coule. La chaleur lui est également transférée de l'asthénosphère environnante. Au fur et à mesure que la chaleur est transférée à la dalle, des gradients de température sont établis de telle sorte que l'asthénosphère à proximité de la dalle devient plus froide et plus visqueuse que les zones environnantes, en particulier près de la partie supérieure de la dalle. Cette asthénosphère plus visqueuse est ensuite entraînée vers le bas avec la dalle, ce qui fait couler un manteau moins visqueux derrière elle. C'est l'interaction de ce manteau descendant avec les fluides aqueux s'élevant de la dalle qui coule qui est censée produire une fusion partielle du manteau lorsqu'il traverse son solidus humide. De plus, certaines fontes peuvent résulter de la remontée de matériaux chauds du manteau dans le coin du manteau. Si le matériau chaud monte assez rapidement pour que peu de chaleur soit perdue, la réduction de pression peut provoquer une libération de pression ou une fusion partielle de décompression.

Du côté subductif de l'arc insulaire se trouve une tranchée océanique profonde et étroite, qui est la trace à la surface de la Terre de la limite entre les plaques descendante et dominante. Cette tranchée est créée par l'attraction gravitationnelle vers le bas de la plaque de subduction relativement dense sur le bord d'attaque de la plaque. De multiples séismes se produisent le long de cette limite de subduction avec les hypocentres sismiques situés à une profondeur croissante sous l'arc insulaire : ces séismes définissent la zone de Benioff .

Les arcs insulaires peuvent être formés dans des environnements intra-océaniques, ou à partir de fragments de croûte continentale qui ont migré loin d'une masse continentale adjacente ou de volcans liés à la subduction actifs aux marges des continents.

Caractéristiques

Une coupe transversale schématique d'un arc insulaire de la tranchée au bassin de l'arrière-arc

Vous trouverez ci-dessous certaines des caractéristiques généralisées présentes dans la plupart des arcs insulaires.

Avant-arc : Cette région comprend la tranchée, le prisme d'accrétion et le bassin d'avant-arc. Une bosse de la tranchée du côté océanique du système est présente (la Barbade dans les Petites Antilles en est un exemple). Le bassin d'avant-arc se forme entre la crête d'avant-arc et l'arc insulaire ; c'est une région de sédimentation à lit plat non perturbée.

Tranchées : Ce sont les caractéristiques les plus profondes des bassins océaniques ; la plus profonde étant la tranchée Mariana (environ 11 000 m ou 36 000 pi). Ils sont formés par la flexion de la lithosphère océanique, se développant du côté océanique des arcs insulaires.

Bassin d'arrière-arc : Ils sont également appelés mers marginales et sont formés du côté intérieur et concave d'arcs insulaires délimités par des crêtes d'arrière-arc. Ils se développent en réponse à la tectonique tensionnelle due au rifting d'un arc insulaire existant.

Zone Benioff ou zone Wadati-Benioff : C'est un plan qui plonge sous la plaque dominante où se produit une intense activité volcanique, qui est définie par l'emplacement des événements sismiques sous l'arc. Les tremblements de terre se produisent de près de la surface jusqu'à environ 660 km de profondeur. Le pendage des zones de Benioff varie de 30° à presque la verticale.

Un bassin océanique peut être formé entre la marge continentale et les arcs insulaires du côté concave de l'arc. Ces bassins ont une croûte océanique ou intermédiaire entre la croûte océanique normale et celle typique des continents ; le flux de chaleur dans les bassins est plus élevé que dans les zones continentales ou océaniques normales.

Certains arcs, tels que les Aléoutiennes, passent latéralement dans le plateau continental du côté concave de l'arc, tandis que la plupart des arcs sont séparés de la croûte continentale.

Le mouvement entre deux plaques lithosphériques explique les principales caractéristiques des arcs insulaires actifs. L'arc insulaire et le petit bassin océanique sont situés sur la plaque sus-jacente qui rencontre la plaque descendante contenant la croûte océanique normale le long de la zone de Benioff. La forte flexion de la plaque océanique vers le bas produit une tranchée.

Roches volcaniques dans l'arc insulaire

Il existe généralement trois séries volcaniques à partir desquelles se forment les types de roches volcaniques présentes dans les arcs insulaires :

Cette série volcanique est liée à l'âge de la zone de subduction et à la profondeur. La série de magma tholéiitique est bien représentée au-dessus de jeunes zones de subduction formées par du magma à une profondeur relativement faible. Les séries calco-alcalines et alcalines sont observées dans les zones de subduction matures, et sont liées à des magma de plus grandes profondeurs. L'andésite et l'andésite basaltique sont les roches volcaniques les plus abondantes de l'arc insulaire, ce qui est révélateur des magmas calco-alcalins. Certains arcs insulaires ont distribué des séries volcaniques comme on peut le voir dans le système d'arcs insulaires japonais où les roches volcaniques changent de tholéiite - calco-alcaline - alcaline à mesure que l'on s'éloigne de la tranchée.

Plusieurs processus sont impliqués dans le magmatisme d'arc qui donne lieu au large spectre de composition des roches rencontrées. Ces processus sont, mais sans s'y limiter, le mélange du magma, le fractionnement, les variations de la profondeur et du degré de fusion partielle et d'assimilation. Par conséquent, les trois séries volcaniques se traduisent par une large gamme de compositions rocheuses et ne correspondent pas à des types de magma absolus ou à des régions sources.

Liste des arcs insulaires modernes

Arc insulaire Pays Tranchée Bassin ou mer marginale Plaque de dépassement Plaque de subduction
Îles Aléoutiennes États Unis Tranchée des Aléoutiennes mer de Béring Plaque nord-américaine Plaque Pacifique
Îles Kouriles Russie Tranchée Kourile–Kamtchatka Mer d'Okhotsk Plaque nord-américaine Plaque Pacifique
Archipel japonais Japon Japon Trench , Nankai Mer du Japon Plaque nord-américaine, plaque eurasienne Plaque du Pacifique, plaque de la mer des Philippines
Îles Ryukyu Japon Tranchée Ryukyu Mer de Chine orientale ( fosse d'Okinawa ) Plaque eurasienne Assiette de la mer des Philippines
Îles Philippines Philippines Tranchée philippine Mer de Chine méridionale , Mer de Célèbes Plaque eurasienne Assiette de la mer des Philippines
Arc de la Sonde Indonésie Tranchée Java Mer de Java , Mer de Flores Plaque eurasienne Assiette australienne
Iles Andaman et Nicobar Inde Tranchée de Java Nord Mer d'Andaman Plaque eurasienne Plaque indo-australienne
Îles Izu et Îles Bonin (Îles d'Ogasawara) Japon Tranchée Izu–Ogasawara Assiette de la mer des Philippines Plaque Pacifique
Îles Mariannes États Unis Tranchée Marianne Assiette de la mer des Philippines Plaque Pacifique
Archipel de Bismarck Papouasie Nouvelle Guinée Tranchée Nouvelle-Bretagne Plaque Pacifique Assiette australienne
Îles Salomon (archipel) Les îles Salomon Tranchée de San Cristobal Plaque Pacifique Assiette australienne
Nouvelles Hébrides Vanuatu Tranchée des Nouvelles Hébrides Plaque Pacifique Assiette australienne
Îles Tonga Tonga Tranchée des Tonga Assiette australienne Plaque Pacifique
Antilles Tranchée de Porto Rico Caraïbes Assiette Caraïbes Plaque nord-américaine, plaque sud-américaine
Îles Sandwich du Sud Territoire britannique d'outre-mer Tranchée Sandwich Sud Mer de Scotia Assiette Scotia Assiette sud-américaine
Arc égéen ou hellénique Grèce Tranchée de la Méditerranée orientale mer Égée Plaque de la mer Égée ou plaque hellénique Assiette Africaine

Exemples d'arcs insulaires anciens

Des vestiges d'anciens arcs insulaires ont été identifiés à certains endroits. Le tableau ci-dessous en mentionne une sélection.

Arc insulaire Pays Sort
Chaiténia Chili, Argentine Accrété à la Patagonie au Dévonien .
Îles insulaires Canada, États-Unis Accrété en Amérique du Nord au Crétacé .
Îles intermontagnardes Canada, États-Unis Accrété en Amérique du Nord dans le Jurassique .

Voir également

Les références