Les zones de subduction sont ce que l'on appelle des marges actives. Elles représentent des limites de plaques tectoniques convergentes et se caractérisent par la plongée d'une plaque océanique sous une autre plaque. Il s'agit d'un processus essentiel en tectonique des plaques puisqu'il permet le recyclage de la lithosphère océanique créée en continu au niveau des dorsales océaniques.
Les zones de subduction représentent des régions complexes du point de vue tectonique et magmatique. Elles peuvent être de deux types : océan-continent lorsqu'une plaque océanique plonge sous une plaque continentale (c'est le cas pour les Andes, le Japon ou l'Indonésie par exemple), ou océan-océan lorsqu'une plaque océanique plonge sous une autre plaque océanique (îles Mariannes, îles Tonga par exemple).
Caractéristiques morphologiques des zones de subduction
D'un point de vue morphologique, les zones de subduction se caractérisent par une fosse océanique dont la profondeur varie en fonction de la courbure de la plaque plongeante et du taux de remplissage sédimentaire. Plus le plan de subduction (le slab) est penté, plus la fosse est profonde (exemple de la fosse des Mariannes, profonde de plus de 11.000 mètres). Il existe une bonne corrélation entre le pendage du slab et l'âge de la lithosphère océanique entrant en subduction. Généralement, plus la lithosphère océanique est vieille, plus le pendage est fort.
Les zones de subduction se caractérisent également par de nombreuses manifestations sismologiques, tectoniques et magmatiques. Lors de subduction océan-continent, on a ainsi création de chaînes de montagnes de type cordillère (les Andes par exemple) associées à un arc volcanique. Les subductions océan-océan se caractérisent par des reliefs moins marqués. Il s'agit souvent d'îles volcaniques, que l'on appelle arcs insulaires. Dans certains cas, on peut observer l'ouverture d'un bassin d'arrière-arc en arrière des arcs insulaires actifs. Il s'agit d'une zone en extension, marquant une ouverture océanique active en arrière de la zone de subduction et associée à la convection du manteau situé au-dessus du plan de subduction.
La présence d'un prisme d'accrétion au niveau de la fosse océanique est fréquente. Il s'agit d'une accumulation massive de sédiments présents sur la plaque plongeante et qui sont « raclés » par le butoir de la plaque chevauchante. Ce prisme subit une intense déformation tectonique et des processus métamorphiques.
Sismicité d’une zone de subduction
Le plan de subduction est également une zone particulièrement sismogène. On parle de plan de Bénioff pour désigner le plan d'alignement des séismes sous les zones de subduction. La zone sismogénique s'étage de quelques kilomètres jusqu’à 600 kilomètres de profondeur, majoritairement à l'interface entre la plaque plongeante et la plaque chevauchante et au sein de la plaque plongeante. Ces séismes sont issus de la friction entre les deux plaques ou de mécanismes de compression. Les études sismologiques des grandes zones de subduction montrent que les plaques plongeantes peuvent ainsi atteindre la limite du manteau inférieur.
Magmatisme en zone de subduction
La plaque entrant en subduction est froide et emporte avec elle une certaine quantité de sédiments hydratés. L'eau présente dans les sédiments va être extraite par les réactions métamorphiques et va migrer dans la partie de manteau située au-dessus du slab. Ce processus d'hydratation du coin mantellique va avoir comme effet d'abaisser le solidus des péridotites et favoriser ainsi le début de la fusion partielle sous l'effet de la chaleur dégagée par le cisaillement des deux plaques. Des poches de magma calco-alcalin vont ainsi se former et remonter en arrière de la zone de subduction pour former le volcanisme d'arc.
Subduction spontanée et subduction forcée
Plus la lithosphère océanique est âgée, plus elle est froide, épaisse et dense. Au bout d'un moment, elle commence à s'enfoncer dans le manteau sous-jacent sous l'effet de son propre poids. Il peut s'ensuivre l'initiation d'une zone de subduction. On parle dans ce cas d'une subduction spontanée. À l'inverse, une subduction forcée se produit lorsqu'une plaque est poussée en subduction sous une plaque continentale par les forces tectoniques.
Subduction et tsunami
La surface de la plaque plongeante n'est pas nécessairement régulière et comporte des reliefs. En entrant en subduction, ces reliefs peuvent entraîner un blocage. La partie plus profonde de la plaque continue à descendre, provoquant une accumulation de contrainte au niveau du point de blocage. Il en résulte un soulèvement du fond marin. L'énergie emmagasinée peut se relaxer subitement au cours d'un séisme majeur. Le relâchement de la contrainte et la rééquilibration topographique associée peuvent alors créer un tsunami dévastateur.