KOMATIITE

C’est une roche volcanique ultramafique très rares, très riche en magnésium, essentiellement d'âge archéen (2 Ga pour la plupart), jusqu’au paléozoïque. Après cela, la planète n’était plus assez chaude dans le manteau supérieur pour produire de telles roches.
Les komatiites contiennent des olivines spinifex* (minéraux en forme de baguettes), témoins d'une cristallisation extrêmement rapide.

Les plus récentes (Phanérozoïque) sont celles de l’île de Gorgona (Colombie).

 Son nom vient de la rivière Komati, en Afrique du Sud, où elle est particulièrement visible.

*Spinifex : structure cristalline qui ressemble à une herbe porc-épic des déserts australiens qui porte ce nom.

Petit rappel

La série de réactions de Bowen.

La série de réactions de Norman Levi Bowen, pétrologiste, Traité sur la cristallisation des roches ignées, 1928.  Le diagramme explique l'ordre de cristallisation des minéraux durant le refroidissement d'un magma. Le diagramme de Bowen illustre cette succession progressive des minéraux et pourquoi certains minéraux peuvent former ensemble des roches alors que d'autres ne sont quasiment jamais associés.

Diagramme de classification pour les roches ignées.


Les roches ignées sont classées en fonction des abondances relatives de différents minéraux. Une roche donnée est représentée par une ligne verticale dans le diagramme. Dans le champ ultramafique, les flèches représentent une roche contenant 40% d’olivine et 60% de pyroxène. Le classement d'une roche igné dépend non seulement de la composition, mais aussi de son mode de formation, extrusive ou intrusive. [KP]

Mise en place, minéralogie et géochimie

 

Leur formation implique un taux de fusion partielle pouvant atteindre 50 % avec des températures de fusion de l'ordre de 1 600–1 650 °C (contrairement aux 1 250–1 350 °C des basaltes actuels). Elle est caractérisée par une grande richesse en magnésium MgO (18 à 35 % soit trois à quatre fois plus qu'un basalte classique, qui en contient moins de 10 %), qui est un élément compatible (c'est-à-dire qui se concentre préférentiellement dans une phase solide à la suite d'une fusion partielle) donc signe également un taux de fusion important. Les komatiites contiennent des olivines spinifex (minéraux en forme de baguettes), témoins d'une cristallisation extrêmement rapide.

Affleurements et répartitions dans le temps

Sur Terre, les komatiites sont très rares et essentiellement limités aux roches d'âge archéen. La plupart sont vieilles de plus de deux milliards d'années et on ne connaît, en raison de leur âge, que des komatiites métamorphisées (en toute rigueur des métakomatiites). Le témoin le plus jeune de komatiite est d'âge phanérozoïque et se trouve sur le plateau océanique des Caraïbes sur l'île Gorgona en Colombie.

Sur Mars, le rover Spirit en a découvert de probables dans le cratère Gusev.

Les komatiites à l'origine de la sagduction

La sagduction définit un phénomène géologique à l'Archéen et l'Hadéen, lié à une instabilité de roches de différentes densités. Cette différence abouti à une enfoncement de l'unité plus dense à état solide (komatiites) dans une unité moins dense, fonctionnement inverse du phénomène de diapirisme.

Ce phénomène explique la tectonique verticale au milieu de plaque tectonique à l'Archéen et l'Hadéen ou il n'existe pas d'épaississant crustal comme on peut l'observer aujourd'hui conduisant à une tectonique verticale.

Les masses basaltiques ayant une densité trop faible pour initier une sagduction, seule les komatiites, avec une densité de 3,3 permettent d'initier le phénomène1.

Le phénomène de sagduction a disparu avec :

  • l'évolution de la chimie du manteau conduisant à la disparition de mise en place de komatiites vers -2,5 Ga,

  • et l'épaississement des plaques lithosphériques qui a augmenté durant l’Archéen.

LA SAGDUCTION ILLUSTREE

Source :Hervé Martin SFE Société Française d'Exobiologie

http://www.exobiologie.fr/blog/2008/09/24/lenvironnement-de-la-terre-primitive-larcheen-et-lhadeen/

A gauche : Diagramme illustrant trois étapes du développement de la sagduction.

1) la mise en place dans une ceinture de roches vertes, de komatiites de densité élevée (d=3,3) sur les TTG du socle granito gneissique de faible densité (d=2,7) induit un fort gradient inverse de densité ;

2) Il en résulte un mouvement descendant des komatiites (flèche grise) induisant un mouvement relatif ascendant des TTG (flèches noires) ;

3) le mouvement s’accentue créant une dépression au centre de la ceinture de roches vertes où vont se déposer les sédiments.

A droite : Vue satellite du craton archéen de Pilbara (Australie) montrant les structures résultant de la sagduction : les ceintures de roches vertes (en vert et gis sombres) sont localisées entre des dômes des TTG (blanc jaunâtre). La largeur de la photo est d’environ 300 km.

Magmatisme associé aux komatiites

La roche magmatique équivalente à une komatiite est une péridotite, qui peut donner par évolutions des gabbros.

L'enfoncement de komatiites par sagduction dans la croute peut conduire à sa fusion et sa contamination par un magma de TTG** (Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite) . Ce magmatisme très spécifique produit des granitoïdes calco-alcalins très riche en magnésium, présentant souvent des phénocristaux de feldspath potassique appelé sanukitoïdes. Ces granites constituent 5 à 10 % des roches de l'Archéen.

Les tonalite-trondhjémite-granodiorite, TTG, sont un cortège de roches intrusives de composition granitique (quartz et feldspath) mais ne contenant qu'une petite partie de feldspath potassique.

Le cortège est constitué par des tonalites, trondhjémites et granodiorites qui se retrouvent souvent ensemble dans les enregistrements géologiques, indiquant des processus pétrogénétiques similaires.

Les TTG sont des roches très fréquente à l'archéen, dont elle constitue l'un des composants majeurs des cratons archéens. Les TTG post- archéennes (après 2,5 Ga) sont présentes dans les batholithes liés à un volcanisme d'arc, ainsi que dans les ophiolites (bien que dans une faible proportion).

  • La tonalite est une roche magmatique, d'origine plutonique, de composition felsique, à texture phanéritique. Elle est composée notamment de feldspath plagioclases (en général oligoclase ou andésine). On y trouve aussi plus de 20 % de quartz. De l'amphibole et des pyroxènes sont aussi souvent présents. 
    Le terme tonalite a parfois été utilisé comme synonyme de granodiorite.
    La classification IUGS définit désormais la tonalite comme contenant plus de 20 % de quartz et la diorite de 5 à 20 %. Son nom provient du Passo del Tonale, un col des alpes italiennes.

  • La trondhjémite est une roche magmatique intrusive leucocrate (de couleur claire). C'est une varité de tonalite dans laquelle le plagioclase se trouve essentiellement sous la forme d'oligoclase. Les trondhjémites sont quelquefois appelées « plagiogranites ».
    La trondhjémite est commune dans les terranes de l'Archéen, où on la trouve avec la tonalite et la granodiorite ; c'est la suite orthogneiss TTG (tonalite-trondhjémite-granodiorite). Les dykes de trondhjémite forment habituellement une partie du complexe de filon feuilleté d'une ophiolite.
    Le nom de cette roche dérive de celui de la ville de Trondheim (anciennement appelée Trondhjem), en Norvège.

  • La granodiorite (de « grain » et de « diorite ») est une roche magmatique plutonique grenue proche du granite. Elle est principalement constituée de quartz (> 10 %) et de feldspaths, mais contrairement au granite, elle contient plus de plagioclases que d'orthose. Les minéraux secondaires sont la biotite, l'amphibole et le pyroxène.
    Elle peut provenir de la fusion partielle de la péridotite du manteau terrestre au niveau de l'arc magmatique d'une zone de subduction, et de sa différenciation par cristallisation fractionnée lors de sa remontée.
    On distingue plusieurs types de granodiorites :

    • granodiorite dérivant des granites (ou des monzonites) par augmentation des plagioclases ; dans ce cas, les minéraux noirs1 sont peu abondants ;

    • granodiorite dérivant des diorites ou gabbros, par augmentation de la quantité de quartz ; les minéraux noirs sont présents jusqu'à hauteur de 40 %.

     Les roches volcaniques correspondantes sont les dacites.

Modèle géodynamique simplifié pour la génération de la croûte continentale archéenne (tonalite-trondhjemite-granodiorite, TTG) par la fonte partielle de la croûte inférieure mafic à la base d’un arc océanique (modifié après Davidson et Arculus, 2006).

Ali Polat.

https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/40/4/383/130914/Growth-of-Archean-continental-crust-in-oceanic

SOURCES
 

  • Archives personnelles JJ Chevallier

  • Wikipédia

  • K. Penshuk

  • Ali Polat Géosciienceworld

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