Ethiopie - géologie

Ethiopie - géologie
Écrit par Jean-Yves Jolivel
Samedi, 02 Février 2008 21:33 - Mis à jour de Mardi, 09 Décembre 2008 20:45
Compte rendu de la partie géologique1° partie :
Arrivée à Addis-Abeba le 16 février 2008.
Vol Addis à Lalibela le 17 février 2008.
17 février 2008 :
Les églises monolithiques de Lalibela ont été creusées, de 1156 à 1179, dans les tufs
rhyolitiques de coulées pyroclastiques mis en place lors de l'ouverture de la corne de l'Afrique,
voici 30 millions d’années. On est donc sur les manifestations de volcanisme acide de la mise
en place des trapps.
18 février 2008
Traversée des hauts plateaux sur les trapps.
19 février 2008
Descente vers la dépression Danakil
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Au cours de la descente, plusieurs indicateurs de l'extension ont été observés :
- les grands blocs basculés
- des dykes de dolérite (micro-gabbro) (par ex de quelques dizaines de m)
- des failles normales
L'histoire géologique de l'Ethiopie comporte 4 phases principales :
- la formation du socle Précambrien Protérozoïque (visible à Mekele par ex)
- les dépôts sédimentaires au Jurassique et au Crétacé
- la mise en place des trapps sur 750000 km2 pour l'Ethiopie
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- le volcanisme de l'Afar
Les trapps, (dont on observe l'équivalent au Yemen) qui représentent 2000m d'épaisseur de
laves réparties au total sur 1,3 millions de km2 (Ethiopie+Yemen), ont eu des conséquences
géodynamiques (fracturation du continent et océanisation) et une influence certaine sur le
climat de la planète, donc sur le vivant. Le mot trapp est d'origine suédoise, il signifie dans cette
langue "marche d'escalier".
Ils sont datés à 30 mA par la méthode Ar/Ar (la méthode K/Ar, imprécise, les datait entre 15 à
60 mA). Leur composition est à 90-95% basaltique avec quelques niveaux plus acides comme
les rhyolites observées à Lalibela. Rappelons que le mot basalte vient de l'éthiopien "bsalt",
féminin de "psull" signifiant "cuit". Pline le Jeune utilisait déjà ce mot pour désigner une roche
noire venant justement d'Ethiopie.
Les magmas fluides comme les basaltes (à 600-700°C) ont une viscosité moyenne de
quelques centaines de pa.s (pascal.seconde, 1 pa.s = 10 poises), les magmas acides (à
1100-1200°C) tels les rhyolites sont de milliards de fois plus visqueux (10
10
à 10
15
pa.s). Des laves carbonatées (à 500°C) sont les plus fluides (Langaï, seul lieu sur Terre
actuellement). Ce sont les tétraèdres de SiO
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qui donnent la patosité.
Quelle est la cause de cette crise qui a mis en place 1 million de km3 en moins de 1mA ?
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Les points chauds prennent naissance à 2900 ou à 700 km de profondeur. En remontant, la
tête grossit en incorporant du matériel mantellique, la queue suit et s'allonge. La tête du
panache s'écrase sous la lithosphère, provoquant un bombement et une fracturation en
pointeau (point triple). L'élévation de température de 100 à 300°C de la lithosphère induit son
érosion thermique et la fragilise aussi. La décompression de la tête du panache permet alors sa
fusion partielle, les magmas basaltiques s'écoulent alors en grande quantité en un laps de
temps limité (1mA).
La fracturation peut aller jusqu'à la rupture permettant ainsi l'océanisation (golfe d'Aden et Mer
Rouge).
Ces phénomènes génèrent des modifications de climat : à 30mA, cela correspond à une
période de glaciation et d'abaissement du niveau des océans. Les Mammifères, dont les
Rongeurs, présentent à cette époque un minimum d'espèces.
Les projections rhyolitiques ont été observées à plus de 2000km au large des Seychelles.
Quels sont les arguments en faveur d'un point chaud :
- la tomographie qui décèle un super-panache sous l'Afrique avec de multiples expressions
- argument isotopique : l'hélium primordial (3He) s'est formé à la naissance de la Terre et a été
conservé dans le manteau profond. L'hélium 4 (
4H
e) s'est formé par désintégration de l'uranium. Il faut retrouver ce gaz en microbulles dans
certains minéraux. Un rapport
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He/
4
He élevé indique une origine profonde, ce qui est le cas ici.
Nous avons vu que le panache est arrivé sous la lithosphère voici 30mA. A cette époque, la
subduction sous l'Iran tire et casse les lignes de faiblesse, ce qui provoque l'extension de la Mer
Rouge. Au niveau du Golfe d'Aden, l'ouverture de la dorsale de Carlsberg (de la dorsale
indienne) est une réponse à la collision de l'Inde.
Si on essaie de ré-emboîter les continents, c'est possible sauf au Triangle de l'Afar car le
panache distend cette zone qui s'ouvre du Nord au Sud.
Au Miocène, un morceau de l'Afrique est entraîné par l'Arabie, c'est le bloc Danakil. Ce bloc
empêche maintenant la propagation de la dorsale Mer Rouge, d'où un saut de dorsale qui se
propage alors le long du bloc africain. La dorsale du golfe d'Aden se propage, elle, le long du
bloc arabique.
La question est : est-ce le point chaud qui guide l'ouverture, ou les dorsales qui focalisent le
point chaud ? Le modèle de jonction triple, quant à lui, n'est pas bon ici.
Dans le triangle afar, les calcaires coralliens se forment ainsi que les évaporites à raison de 1 à
1,2cm par an (4 à 5km d'épaisseur de sel au total, 160 millions de tonnes de potasse). Ce golfe
se ferme voici 70000 ans. La croûte sous l'Afar est gabbroïque ce qui indique une protocroûte
océanique. Ensuite, le volcanisme régional emplit la dépression, avec les rhyolites des Mablat
entre 15 et 10mA, puis l'essentiel de la série stratoïde (1500m de roches volcaniques) entre 11
et 3,5mA, enfin les chaînes axiales depuis 1mA.
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C'est une rotation anti-horaire démarrant voici 15-20mA qui ouvre l'Afar en triangle.
Histoire de la chaîne de l'Erta Ale
Elle est axiale car contrôlée par la direction NO-SE la plus active. Son histoire se déroule en 3
étapes :
- 1,2mA
- 0,7mA
- 70000 ans
On a mesuré précisément un seul âge de laves à 2000 ans.
Chronologie relative :
- 1° : activité fissurale fournissant des basaltes (10% de MgO) et de la picrite (basalte riches en
olivine, 20 à 25% de MgO)
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- 2° : volcan bouclier, construction d'un édifice d'environ 50km de diamètre sur 600m de haut.
La différenciation des magmas produit des ferrobasaltes jusqu'à des trachytes sombres (série
transitionnelle entre tholéitique et alcaline). Il n'est pas certains que ce stade ait formé une
caldeira.
- 3° : pas toujours présent (absent à Erta Ale), cumulo-dôme de rhyolite.
La chaîne de l'Erta Ale est un cas d'école car la chronologie des éruptions suit les stades
d'évolution du magma (MFA ; M : MgO ; F : FeO ; A : Na2O et K2O ; cf diagramme AFM p88
de la brochure, on raisonne toujours en masse d'oxydes pour les majeures et en ppm pour les
mineures).
La caldeira de l'Erta Ale est en fait le résultat de la coalescence de 3 caldeiras associées à 3
lacs de lave. L'essentiel des débordements a eu lieu dans les années 1970 dans les pits craters
(structures verticales d'effondrement). Le lac de lave fonctionne depuis un siècle, mais où
passe alors la lave car on ne voit pas ou peu d'émission ; sans doute est elle évacuée sous
forme de sills.
Rifting actif – rifting passif
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On reste souvent dogmatique sur ce sujet, mais en général plus compliqué.
On distingue 2 modes opposés d'extension :
- le rifting passif : la lithosphère est étirée dans une zone de faiblesse pré-existante par une
subduction à distance, l'amincissement qui en résulte provoque une remontée d'asthénosphère,
d'où fusion, magmatisme et mise en place des trapps.
- le rifting actif : c'est le manteau qui joue le rôle actif. La remontée d'un panache bombe la
lithosphère. L'amincissement de la lithosphère par érosion thermique la fracture en jonction
triple, ce qui provoque la décompression, la fusion et la remontée de magma. Un bon exemple
est celui des trapps du Deccan.
Comment trancher entre ces deux types ? Par la chronologie :
- Dans le cas du rifting passif, l'amincissement (avec rift, blocs basculés, bassins
sédimentaires) précède le volcanisme plus tardif.
- Dans le cas du rifting actif, le panache provoque le bombement avec des trapps précoces,
l'extension vient ensuite.
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Écrit par Jean-Yves Jolivel
Samedi, 02 Février 2008 21:33 - Mis à jour de Mardi, 09 Décembre 2008 20:45
Dans le cas de l'Afar, il est très difficile de classer car on observe des trapps précoces
contemporains d'une extension de la mer Rouge et du golfe d'Aden. On peut donc penser que
les 2 mécanismes sont conjoints, mais lequel contrôle l'autre ?
Cristallisation fractionnée (exposé du 25 février)
Les latérites (exposé du 27 février)
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