Comme les séismes, les volcans ne se répartissent pas de façon aléatoire à la surface de la planète. Plusieurs se situent aux frontières de plaques (volcanisme de dorsale et de zone de subduction), mais aussi à l'intérieur des plaques (volcanisme intraplaque, comme par exemple le volcanisme de point chaud).
Le volcanisme de dorsale. - Nous savons, pour l'avoir observé directement grâce à l'exploration sous-marine par submersibles, qu'il y a des volcans sous-marins tout le long des dorsales, particulièrement dans le rift central, là où il se forme de la nouvelle lithosphère océanique. La composition de la lave de ces volcans indique qu'on est tout près de la zone où se fait la fusion partielle du manteau (voir la section 2.2.2 au sujet de la composition des laves et de la fusion partielle). S'il n'y avait pas de tensions dans cette zone de dorsale, il n'y aurait pas de fractures qui permettent justement au magma produit par la fusion partielle de s'insinuer dans la lithosphère et de former des volcans. Ce volcanisme nous est connu par l'exploration des fonds océaniques, mais aussi par un cas particulier, celui de l'Islande, carrément assise sur la dorsale de l'Atlantique-Nord et qui est formée uniquement de volcans. Dans ce cas, le volcanisme de la dorsale a réussi à s'élever au-dessus du niveau marin pour former une île volcanique qui constitue un laboratoire naturel pour l'étude du volcanisme de frontières divergentes. Certaines hypothèses récentes proposent, qu'en plus, il y aurait un point chaud sous l'Islande, donc aussi du volcanisme de point chaud (voir plus bas).
Le volcanisme de zone de subduction. - Le volcanisme relié à l'enfoncement d'une plaque sous l'autre va former des chaînons de volcans. La fameuse Ceinture de feu autour du Pacifique est l'expression de ce volcanisme de convergence, mais selon qu'il s'agisse d'une collision entre deux portions de lithosphère océanique, ou entre une portion de lithosphère océanique et une portion de lithosphère continentale, la nature du volcanisme diffère. Dans le cas où il y a convergence entre deux portions de lithosphère océanique, il y aura formation d'un chaînon de volcans qui s'élèvent au-dessus de la surface des océans pour constituer un arc insulaire. Par exemple, toute la portion de la Ceinture de feu qui se situe dans le Pacifique-Ouest et le Pacifique-Nord est associée à ce type de collision. Dans le cas de la convergence entre une portion de lithosphère océanique et une portion de lithosphère continentale, les volcans se trouvent sur la marge du continent et forment un arc continental. Un bon exemple de cette dernière situation est la Chaîne des Cascades (Cascades Range), dans l'ouest du continent nord américain.
Ce diagramme montre les relations entre les trois plaques lithosphériques du Pacifique, de Juan de Fuca et Nord-américaine. Au niveau de la zone de subduction, la plaque de Juan de Fuca plonge sous la plaque nord-américaine, donnant ainsi naissance aux volcans de la Chaîne des Cascades. Cette chaîne volcanique fait partie de la partie orientale de la Ceinture de feu du Pacifique. Elle s'étend du Mont Garibaldi au nord de Vancouver jusqu'à Lassen Peak dans le nord de la Californie. C'est dans cette chaîne volcanique que se trouvent, entre autre, le volcan actif du Mont St. Helens, le Mont Rainier qui forme le plus haut sommet de la chaîne, ainsi que le magnifique Crater Lake, un lac qui occupe le cratère de l'ancien volcan Mazama dont la chambre magmatique a été littéralement vidée lors d'une éruption extraordinaire il y a seulement 7700 ans.
Il est à noter que la composition des laves des volcans des deux types de convergence est caractéristique de chacun des environnements (voir section 2.2.2).
Le volcanisme de point chaud. - Le volcanisme de point chaud est un volcanisme intraplaque, qu'on retrouve principalement, mais pas exclusivement, sur la lithosphère océanique. Les chaînons volcaniques de points chauds viennent appuyer la théorie de l'étalement des planchers océaniques. Pour des raisons que l'on comprend encore mal, il se fait en certains points à la base du manteau supérieur, une concentration locale de chaleur qui amène une fusion partielle du matériel. C'est ce qu'on appelle un point chaud.
Le matériel fondu au niveau du point chaud est moins dense que le matériel ambiant; de ce fait il remonte vers la surface et vient percer la lithosphère pour former un volcan. Ces volcans de point chaud sont très abondants à l'intérieur des plaques lithosphériques, surtout sur les portions océaniques des plaques. Les fonds océaniques du Pacifique en constituent un bon exemple où on a une multitude de ces volcans, dont la plupart sont sous-marins (guyots), mais dont un bon nombre percent la surface des océans pour former des archipels comme les Carolines, les Marshall ou les îles Hawaii. Les points chauds sont stationnaires et peuvent fonctionner pendant plusieurs millions d'années, jusqu'à 100 Ma même.
Les deux schémas qui suivent illustrent la formation d'un chaînon de volcans de points chaud.
Si une plaque lithosphérique se déplace au-dessus d'un point chaud qui fonctionne sporadiquement, il se construit un chaînon de volcans. Les volcans les plus vieux se situent à l'extrémité du chaînon qui est la plus éloignée du point chaud, alors que les plus jeunes se situent à proximité du point chaud. On retrouve plusieurs de ces chaînons de volcans de point chaud sur les plaques océaniques, comme par exemple, le chaînon qui va des îles Hawaii jusqu'aux fosses Aléoutiennes-Kouriles (Chaînon Hawaï-Empereur) dans le Pacifique-Nord.
Ce chapelet de volcans est un bon exemple de la marque laissée sur le plancher océanique par le déplacement d'une plaque au-dessus d'un point chaud. Il a été établi que les volcans d'Hawaii, à l'extrémité sud du chaînon, sont tout à fait récents; ils sont plus jeunes que 1 Ma. L'âge des volcans le long du chaînon est de plus en plus vieux à mesure qu'on s'éloigne d'Hawaii. Le plancher océanique au niveau de la fosse de subduction des Aléoutiennes date de 80 Ma. C'est dire qu'il a fallu 80 Ma pour former le chaînon en entier. Ce dernier s'est formé par le déplacement de la plaque du Pacifique au-dessus d'un point chaud situé sous les îles Hawaii.
Le tracé et les âges du chaînon Hawaii-Empereur nous renseignent sur deux choses: 1) la direction du déplacement s'est brusquement modifiée durant le déplacement de la plaque, il y a 40 Ma; durant la période entre -80 et -40 Ma, la plaque s'est déplacée selon le sens et la direction de la flèche rouge, donnant naissance au chaînon Empereur, alors que depuis 40 Ma, le déplacement se fait selon le sens et la direction de la flèche bleue, avec comme résultat le chaînon d'Hawaii; 2) connaissant la distance du déplacement entre deux volcans d'âge connu, on peut calculer la vitesse moyenne du déplacement de la plaque entre ces deux points, ici par exemple, une vitesse moyenne de 6,7 cm/année entre Hawaii et le point de changement de direction du déplacement de la plaque (soit à Kimmei, une distance de 2700 km entre les deux points). On ne sait pas vraiment depuis combien de temps fonctionne ce point chaud puisque, si des volcans ont été formés il y a plus de 80 Ma, ils ont été engloutis en même temps que la plaque du Pacifique dans la zone de subduction des Aléoutiennes-Kouriles et digérés avec elle dans l'asthénosphère
Le volcanisme de dorsale. - Nous savons, pour l'avoir observé directement grâce à l'exploration sous-marine par submersibles, qu'il y a des volcans sous-marins tout le long des dorsales, particulièrement dans le rift central, là où il se forme de la nouvelle lithosphère océanique. La composition de la lave de ces volcans indique qu'on est tout près de la zone où se fait la fusion partielle du manteau (voir la section 2.2.2 au sujet de la composition des laves et de la fusion partielle). S'il n'y avait pas de tensions dans cette zone de dorsale, il n'y aurait pas de fractures qui permettent justement au magma produit par la fusion partielle de s'insinuer dans la lithosphère et de former des volcans. Ce volcanisme nous est connu par l'exploration des fonds océaniques, mais aussi par un cas particulier, celui de l'Islande, carrément assise sur la dorsale de l'Atlantique-Nord et qui est formée uniquement de volcans. Dans ce cas, le volcanisme de la dorsale a réussi à s'élever au-dessus du niveau marin pour former une île volcanique qui constitue un laboratoire naturel pour l'étude du volcanisme de frontières divergentes. Certaines hypothèses récentes proposent, qu'en plus, il y aurait un point chaud sous l'Islande, donc aussi du volcanisme de point chaud (voir plus bas).
Le volcanisme de zone de subduction. - Le volcanisme relié à l'enfoncement d'une plaque sous l'autre va former des chaînons de volcans. La fameuse Ceinture de feu autour du Pacifique est l'expression de ce volcanisme de convergence, mais selon qu'il s'agisse d'une collision entre deux portions de lithosphère océanique, ou entre une portion de lithosphère océanique et une portion de lithosphère continentale, la nature du volcanisme diffère. Dans le cas où il y a convergence entre deux portions de lithosphère océanique, il y aura formation d'un chaînon de volcans qui s'élèvent au-dessus de la surface des océans pour constituer un arc insulaire. Par exemple, toute la portion de la Ceinture de feu qui se situe dans le Pacifique-Ouest et le Pacifique-Nord est associée à ce type de collision. Dans le cas de la convergence entre une portion de lithosphère océanique et une portion de lithosphère continentale, les volcans se trouvent sur la marge du continent et forment un arc continental. Un bon exemple de cette dernière situation est la Chaîne des Cascades (Cascades Range), dans l'ouest du continent nord américain.
Ce diagramme montre les relations entre les trois plaques lithosphériques du Pacifique, de Juan de Fuca et Nord-américaine. Au niveau de la zone de subduction, la plaque de Juan de Fuca plonge sous la plaque nord-américaine, donnant ainsi naissance aux volcans de la Chaîne des Cascades. Cette chaîne volcanique fait partie de la partie orientale de la Ceinture de feu du Pacifique. Elle s'étend du Mont Garibaldi au nord de Vancouver jusqu'à Lassen Peak dans le nord de la Californie. C'est dans cette chaîne volcanique que se trouvent, entre autre, le volcan actif du Mont St. Helens, le Mont Rainier qui forme le plus haut sommet de la chaîne, ainsi que le magnifique Crater Lake, un lac qui occupe le cratère de l'ancien volcan Mazama dont la chambre magmatique a été littéralement vidée lors d'une éruption extraordinaire il y a seulement 7700 ans.
Il est à noter que la composition des laves des volcans des deux types de convergence est caractéristique de chacun des environnements (voir section 2.2.2).
Le volcanisme de point chaud. - Le volcanisme de point chaud est un volcanisme intraplaque, qu'on retrouve principalement, mais pas exclusivement, sur la lithosphère océanique. Les chaînons volcaniques de points chauds viennent appuyer la théorie de l'étalement des planchers océaniques. Pour des raisons que l'on comprend encore mal, il se fait en certains points à la base du manteau supérieur, une concentration locale de chaleur qui amène une fusion partielle du matériel. C'est ce qu'on appelle un point chaud.
Le matériel fondu au niveau du point chaud est moins dense que le matériel ambiant; de ce fait il remonte vers la surface et vient percer la lithosphère pour former un volcan. Ces volcans de point chaud sont très abondants à l'intérieur des plaques lithosphériques, surtout sur les portions océaniques des plaques. Les fonds océaniques du Pacifique en constituent un bon exemple où on a une multitude de ces volcans, dont la plupart sont sous-marins (guyots), mais dont un bon nombre percent la surface des océans pour former des archipels comme les Carolines, les Marshall ou les îles Hawaii. Les points chauds sont stationnaires et peuvent fonctionner pendant plusieurs millions d'années, jusqu'à 100 Ma même.
Les deux schémas qui suivent illustrent la formation d'un chaînon de volcans de points chaud.
Si une plaque lithosphérique se déplace au-dessus d'un point chaud qui fonctionne sporadiquement, il se construit un chaînon de volcans. Les volcans les plus vieux se situent à l'extrémité du chaînon qui est la plus éloignée du point chaud, alors que les plus jeunes se situent à proximité du point chaud. On retrouve plusieurs de ces chaînons de volcans de point chaud sur les plaques océaniques, comme par exemple, le chaînon qui va des îles Hawaii jusqu'aux fosses Aléoutiennes-Kouriles (Chaînon Hawaï-Empereur) dans le Pacifique-Nord.
Ce chapelet de volcans est un bon exemple de la marque laissée sur le plancher océanique par le déplacement d'une plaque au-dessus d'un point chaud. Il a été établi que les volcans d'Hawaii, à l'extrémité sud du chaînon, sont tout à fait récents; ils sont plus jeunes que 1 Ma. L'âge des volcans le long du chaînon est de plus en plus vieux à mesure qu'on s'éloigne d'Hawaii. Le plancher océanique au niveau de la fosse de subduction des Aléoutiennes date de 80 Ma. C'est dire qu'il a fallu 80 Ma pour former le chaînon en entier. Ce dernier s'est formé par le déplacement de la plaque du Pacifique au-dessus d'un point chaud situé sous les îles Hawaii.
Le tracé et les âges du chaînon Hawaii-Empereur nous renseignent sur deux choses: 1) la direction du déplacement s'est brusquement modifiée durant le déplacement de la plaque, il y a 40 Ma; durant la période entre -80 et -40 Ma, la plaque s'est déplacée selon le sens et la direction de la flèche rouge, donnant naissance au chaînon Empereur, alors que depuis 40 Ma, le déplacement se fait selon le sens et la direction de la flèche bleue, avec comme résultat le chaînon d'Hawaii; 2) connaissant la distance du déplacement entre deux volcans d'âge connu, on peut calculer la vitesse moyenne du déplacement de la plaque entre ces deux points, ici par exemple, une vitesse moyenne de 6,7 cm/année entre Hawaii et le point de changement de direction du déplacement de la plaque (soit à Kimmei, une distance de 2700 km entre les deux points). On ne sait pas vraiment depuis combien de temps fonctionne ce point chaud puisque, si des volcans ont été formés il y a plus de 80 Ma, ils ont été engloutis en même temps que la plaque du Pacifique dans la zone de subduction des Aléoutiennes-Kouriles et digérés avec elle dans l'asthénosphère
