Les adakites de Coyhaique (Chili) : des prismes extraordinaires faits de roches rares dans un contexte géologique peu fréquent

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

13/11/2017

Résumé

Magmatisme adakitique en contexte de subduction de dorsale océanique.


Figure 1. Très beaux prismes volcaniques de plus de 150 m de haut (les sapins en haut de la falaise donnent l'échelle) dans la région de Coyhaique, Patagonie chilienne

Ces prismes sont formés d'une roche volcanique assez rare, une adakite. Les adakites post-archéennes, en particulier celles du Chili qui ont un âge oligocène (au Sud de la Patagonie) à quaternaire (dans la région de Coyhaique) sont presque exclusivement associées à un contexte géodynamique rare : à l'aplomb d'une dorsale en subduction.


Les adakites sont des roches magmatiques rares, au moins pour les adakites post-archéennes (plus récentes que 2,5 Ga). Ce sont surtout des roches volcaniques, mais quelques plutons sont connus. Ces roches sont, macroscopiquement et minéralogiquement, très voisines des dacites. Comme elles, elles sont associées à une subduction. Elles en diffèrent un peu vis-à-vis des éléments majeurs (rapport Na/K plus élevé pour les adakites que pour les dacites) et surtout vis-à-vis des éléments traces (déficit en terres rares "lourdes", par exemple). Bien que ne constituant qu'un infime pourcentage des roches terrestres, les adakites sont des roches importantes, et ce pour deux raisons. (1) Elles montrent de façon spectaculaire que la version 1967-1968 de la tectonique des plaques (version forcément simple en ces temps héroïques mais qui, hélas, est encore très présente non affinée et non modifiée dans bien des têtes) n'était qu'une première approche ; ce qu'on comprend en 2017 est plus complexe que ce qu'on pensait en 1967. En effet, les adakites sont des roches volcaniques présentes là où une dorsale est entrainée en subduction, situation bien négligée et bien tue dans les années 1970. (2) Les adakites sont les rares équivalents modernes de roches très présentes à l'Archéen (de -4 à -2,5 Ga), roches soupçonnées d'avoir très largement contribué à l'origine de la croute continentale. Rien que ça ! Dans les premières versions forcément simplifiées de la tectonique des plaques, les continents étaient passifs, déplacés, fracturés, réunis… par la dynamique qui se passait dans et sous les océans. Cette tectonique des plaques, à son rythme actuel, était incapable en 1970 d'expliquer la surface et le volume de la croute continentale. En effet, le magmatisme des zones de subduction actuelles est largement insuffisant pour expliquer les quelques 6.109 km3 de croute continentale, croute différente du manteau (et de la croute océanique) entre autres par sa richesse en SiO2, et ce même étalé sur 4 Ga. Non expliquée par les premières versions de la tectonique des plaques, l'origine de la croute continentale était souvent passée sous silence.

Le but de cet article n'est pas de décrire en détail la chimie des adakites, ni d'en expliquer la genèse à coup de diagrammes géochimiques, de pétrologie expérimentale…, ni de comparer les adakites modernes et leur très probables équivalents archéen (les TTG =Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite). Tout cela est très bien expliqué dans l'article de J. F. Moyen de 2004, TTG et adakites : cas particuliers de magmas de zone de subduction . Le but de cet article est de montrer des paysages, des roches, des lames minces, donnant une réalité concrète à des roches bien mystérieuses pour beaucoup, mais ô combien importantes pour qui s'intéresse à la Terre et à son histoire.

Figure 2. Vue d'ensemble sur une "montagne" d'adakites magnifiquement prismées au-dessus de la ville de Coyhaique en Patagonie chilienne, au pied oriental de la Cordillères des Andes

La morphologie actuelle de ces reliefs date des dernières glaciations. Le sommet de la montagne à l'arrière-plan est à 1200 m d'altitude. L'escarpement principal, du sommet des prairies jusqu'à un replat bien boisé bien visible presque sous le sommet mesure environ 400 m de dénivelé (entre 600 et 1000 m d'après Google Earth ). Les prismes de cette falaise sont donc au moins deux fois plus haut que ceux beaucoup plus célèbres, de la Tour du diable (cf. Les orgues phonolithiques de la Tour du Diable ( Devils Tower ), Wyoming, USA ).

Un fichier kmz vous permet de localiser cette falaise d'adakite de Coyhaique sur Google Earth.


Minéralogiquement, on peut décrire les adakites de cet affleurement de la façon suivante : la pétrologie de cette roche correspond à celle d'une dacite. De nombreux cristaux pluri-millimétriques de feldspath, d'amphibole et quelques cristaux de quartz et biotite, sont contenus dans une mésostase claire. Il y a aussi présence d'enclaves polycristallines formées principalement d'amphibole et de feldspath (cf. Adakite sur la lithothèque de l'ENS de Lyon).

Figure 10. Vue d'ensemble d'un échantillon d'adakite de Coyhaique


Figure 11. Vue de détail d'un échantillon d'adakite de Coyhaique


Figure 12. Gros plan sur une adakite présentant une enclave polycristalline faite principalement d'amphiboles et de quelques feldspaths

Cette enclave suggère que des phénomènes de cumulation ont dû avoir lieu dans un réservoir magmatique plus profond.


Figure 13. Microphotographie, lame mince en LPNA, d'une adakite de Coyhaique

La texture est microlitique porphyrique. La matrice est très finement cristallisée. Les porphyres sont des plagioclases, des feldspaths alcalins souvent fracturés et des hornblendes brunes. Les quartz et biotites sont plus petits et moins fréquents, sauf un gros phénocristal de quartz juste au-dessus à gauche de la barre d'échelle. Les hornblendes sont le plus souvent en relique, elles semblent être remplacées par une épidote (allanite).


Figure 14. Microphotographie, lame mince en LPA, d'une adakite de Coyhaique

La texture est microlitique porphyrique. La matrice est très finement cristallisée. Les porphyres sont des plagioclases, des feldspaths alcalins souvent fracturés et des hornblendes brunes. Les quartz et biotites sont plus petits et moins fréquents, sauf un gros phénocristal de quartz juste au-dessus à gauche de la barre d'échelle. Les hornblendes sont le plus souvent en relique, elles semblent être remplacées par une épidote (allanite).


Figure 15. Diagrame K-Na-Ca montrant la différence entre les roches de la série calco-alcaline classique (C.A.C., en grisé) et les adakites (ADK, en noir)

On voit que les adakites sont très voisines des dacites (au milieu de la ligne d'évolution de la série calco-alcaline classique), mais plus pauvres en potassium.

La série C.A.C. est également appelée B.A.D.R. = basalte-andésite-dacite-rhyolite.

Figure à retrouver dans TTG et adakites : cas particuliers de magmas de zone de subduction .


Figure 16. Contexte géodynamique de la région de Coyhaique, Chili

La subduction andine est représentée en jaune, l'axe de la dorsale du Chili est représenté en traits épais rouges et les failles transformantes qui segmentent cette dorsale sont figurées en lignes rouges pointillées. Les adakites de Coyhaique se situent à l'aplomb d'un point triple, secteur où la dorsale du Chili (qui sépare les plaques de Nazca et antarctique) subducte sous la plaque Sud-américaine. La figure résume les vitesses "absolues" des différentes plaques (flèches vertes), la vitesse d'ouverture de la dorsale du Chili (flèche rouge), et la vitesse de migration vers l'Est de la dorsale du Chili (flèche orange). Ces vitesses sont données en cm/an. La plaque de Nazca subducte de 7,5 cm/an sous la plaque Sud-américaine supposée fixe. La plaque antarctique ne subducte qu'à une vitesse de 1,5 cm/an. Ce différentiel de vitesse est compensé par le fonctionnement d'une dorsale qui "produit" 6 cm/an de lithosphère océanique (3 cm/an de lithosphère Nazca, et 3 cm/an de lithosphère antarctique). Comme la plaque de Nazca se dirige de 7,5 cm/an vers l'Est et que la dorsale ne "fournit" que 3 cm/an de lithosphère à la plaque de Nazca, la dorsale du Chili migre de 4 cm/an vers l'Est et subducte donc dans le manteau au niveau de la subduction andine. C'est à l'aplomb de la zone où la dorsale subduit qu'a lieu le volcanisme adakitique, cas particulier de volcanisme de subduction. Comme la direction globale de la dorsale n'est pas perpendiculaire à la zone de subduction mais fait avec elle un angle d'environ 60°, la migration de 4 cm/an de la dorsale vers l'Est entraine une migration vers le Nord de ce point triple. Cette migration vers le Nord peut être estimée à de 4 / tan(60°) = 4 / 1,7 = 2,3 cm/an. Et de fait, les adakites sont vieilles au niveau du détroit de Magellan (âge éo-oligocène), de plus en plus jeunes vers le Nord, et quaternaires dans la région de Coyhaique. Si le mouvement des plaques continue de la même manière, ce sera au niveau de Santiago que subductera la dorsale du Chili dans… 40 à 50 Ma.