Un magma est sous-saturé en silice lorsqu’il ne contient pas assez de SiO₂ pour cristalliser uniquement des feldspaths (plagioclase + feldspath alcalin).
Le déficit en SiO₂ est alors compensé par la cristallisation de feldspathoïdes :
La sous-saturation est donc un état chimique du liquide magmatique, pas une texture.
Ce n’est pas :
C’est un héritage de la genèse et de l’évolution du magma.
Il y a trois mécanismes majeurs, souvent combinés.
Mécanisme
Plus le degré de fusion est faible, plus le magma est alcalin et sous-saturé.
C’est le mécanisme fondamental des séries alcalines intraplaques.
À haute pression :
Résultat :
C’est un effet couplé au faible degré de fusion, pas indépendant.
Mécanisme
Le manteau devient :
Ce point est crucial pour le Mont-Dore.
Contrairement à une idée répandue, la cristallisation fractionnée ne constitue pas un mécanisme générateur de la sous-saturation en silice. Le fractionnement précoce de l’olivine et du clinopyroxène retire principalement Mg, Fe et Ca du liquide magmatique, ce qui conduit à un enrichissement relatif du liquide résiduel en SiO₂. En l’absence d’autres contraintes, ce processus tend donc à faire évoluer le magma vers des compositions saturées, voire sur-saturées en silice.
Cependant, dans les magmas alcalins issus d’une source déjà enrichie en alcalins, la différenciation peut préserver l’état de sous-saturation initial. À pression modérée à élevée, et en présence de volatils, la cristallisation du plagioclase est retardée, ce qui limite la consommation précoce des alcalins. Le liquide évolue alors sans élimination significative de Na et K, conservant un rapport alcalins/silice élevé, hérité de la source mantellique.
La différenciation magmatique joue ainsi un rôle de révélateur et de modulateur de la sous-saturation, sans en être la cause première. Selon les conditions de pression, de teneur en eau et de composition initiale du magma, elle peut soit conduire à une transition vers des séries saturées en silice, soit permettre le maintien de magmas alcalins sous-saturés capables de cristalliser des feldspathoïdes.
Les feldspathoïdes ne sont pas la cause, mais la conséquence.
Exemple simplifié :
Le système « choisit » le minéral compatible avec le budget en silice.
D’où :
La sous-saturation en silice est d’abord héritée de la source mantellique et des conditions de fusion ; la différenciation magmatique ne fait que l’exprimer minéralogiquement.
Dans les séries alcalines, de très faibles variations de la composition de la source péridotitique (et de son métasomatisme) peuvent faire diverger le magma soit vers une série sous-saturée en silice (feldspathoïdes), soit vers une série juste saturée (feldspaths).
Et cette divergence se joue avant même la différenciation magmatique.
Typiquement :
À ces taux :
C’est un effet de levier chimique.
Il suffit de variations de l’ordre de :
Ces variations suffisent à modifier le rapport alcalins / silice du liquide.
Dans le manteau lithosphérique :
Ces apports introduisent :
Une péridotite légèrement métasomatisée ≠ une péridotite très légèrement métasomatisée
→ liquides radicalement différents.La frontière entre saturation et sous-saturation en silice est une limite chimique étroite, pas un continuum large.
Exemple schématique :
La différence peut être :
Dans les séries subalcalines :
Il faut de grosses variations pour changer de série.
Dans les séries alcalines :
Très petites variations → grands effets pétrologiques.
Le Mont-Dore :
Selon :
on peut produire :
Ce n’est pas contradictoire : c’est au contraire un signature intraplaque typique.
Dans les séries alcalines intraplaques, produites par de faibles degrés de fusion d’un manteau lithosphérique métasomatisé, la limite entre magmas saturés et sous-saturés en silice est extrêmement sensible à de légères variations de composition de la source. Ces variations, bien que minimes dans la péridotite, sont fortement amplifiées dans les liquides magmatiques.
Dans le magmatisme alcalin, ce sont de très petites différences de source qui font basculer le système d’un monde à feldspaths vers un monde à feldspathoïdes.