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Zagrtdenov, Nail R.. Interaction entre le manteau supérieur serpentinisé et le magma basaltique : implication pour l'évolution basaltique et l'origine des chromitites dans la zone de transition manteau-croûte

Zagrtdenov, Nail R. (2017). Interaction entre le manteau supérieur serpentinisé et le magma basaltique : implication pour l'évolution basaltique et l'origine des chromitites dans la zone de transition manteau-croûte.

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Résumé en francais

Ce travail est consacré aux études cinétiques et thermodynamique des processus qui produisent les magmas basaltiques (basalte de dorsale océanique ou MORB et basalte de l'île océaniques ou OIB) dans la lithosphère, notamment lors de l'interaction du magma avec la lithosphère serpentinisée. Dans ce travail, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle la genèse des chromitites de la zone de transition entre le manteau et la croute peut être la conséquence de l'interaction du magma basaltique avec le protolite du manteau serpentinisé. Une étude détaillée du corps de chromitites nodulaires dans les dunites hôtes de la région Maqsad de l'ophiolite d'Oman a été réalisée. Dans l'étude pétrologique, nous avons démontré une relation génétique étroite entre les dunites hôtes et les chromitites nodulaires et disséminées lors de la cristallisation sans équilibre des cristaux de chromite à partir de l'étude des inclusions piégées dans la chromite. Les expériences d'équilibre sur la saturation des liquides basaltiques et haplobasaltiques en chromite et en magnesiochromite comme la fonction de la fugacité d'oxygène (de ΔFMQ (-2) à ΔFMQ (+2)) ont été effectuées à une température constante de 1450 ° C et une pression de 0,1 MPa. Pour la première fois, les concentrations de chrome dans les liquides basaltiques saturés en magnesiochromite ont été mesurées. Les teneurs en Cr lors de la saturation en magnesiochromitre est de ~ 6800 ppm à ΔFMQ (-2), ~ 4500 ppm à ΔFMQ et 3500 ppm à ΔFMQ (+2), qui sont plus élevés par rapport à ceux (~ 6300 ppm à ΔFMQ (-2), 2900 ppm à ΔFMQ et 2000 ppm à ΔFMQ (+2)) de saturation en chromite (système contenant du Fe). Ce fait a une implication importante pour l'assimilation du manteau serpentinisé par des magmas basaltiques. Sur la base de toutes les données disponibles sur la saturation des liquides mafiques et ultramafiques en chromite, nous avons créé un nouveau modèle prévisible de solubilité de chromite et magnéstochromite dans les liquides en fonction de la température, de la fugacité d'oxygène et de la basicité optique du liquide : [X liq Cr tot]/[X Chr Cr2O3] = exp(a+b*lambda+c/T)*(1+fO2^(-0.25)*exp(d+k/T+g*lambda)), où [X liq Cr tot] est la fraction molaire du chrome dans le liquide silicaté, [X Chr Cr2O3] est la fraction molaire de l'oxyde de chrome dans le chromite, T est la température en Kelvins et fO2 est la fugacité de l'oxygène (en bars), lambda est la basicité optique du liquide, a (-7.01), b (13.72 ), c (-12404.92), d (24.46), k (24394.65), g (-23.59) sont des constantes. Des expériences cinétiques sur l'interaction serpentinite-basalte ont été effectuées à des températures entre 1200 et 1300 C et la pression de 0,2 à 1,0 GPa. Les données impliquent que la réaction est contrôlée par un mécanisme à plusieurs étapes: (i) une transformation métamorphique prograde de la serpentinite en harzdurgite (Fo92-95 mol. %) à spinelles riches en Cr (ii) la dissolution progressive de l'assemblage de harzburgite avec la formation des liquides basaltique à andésitique et (iii) l'assimilation finale de l'association de harzburgite par le basalte avec la formation du liquide basique hydraté appauvri ('depleted' et enrichi en Mg, Cr) à 0,5 - 1,0 GPa (51% pds de SiO2, 12 à 13% pds de MgO). Nous démontrons expérimentalement que l'assimilation de serpentinite par le liquide basaltique à 0,5 - 1,0 GPa se produisant à un taux moyen de 4,3 × 10 -10 m2 / s à 1300 ° C est contrôlée par la diffusion chimique de silice. Notre travail expérimental fournit des preuves incontestables que les liquides basaltiques (appauvris ou 'depleted'), les cumulâtes enrichies en Mg-Cr et les andésites océaniques peuvent être produits de manière routinière à partir des liquides basaltiques 'normales' de dorsales océaniques par une réaction chimique avec le manteau lithosphérique serpentinisée. Notre étude empêche l'interprétation courante des magmas océaniques appauvries et primitives (MORB et OIB) comme uniquement dérivés du manteau profond. Les données obtenues dans ce travail confirment que les serpentinites, qui ont peut-être été des constituants importants de la croûte Hadéenne dans leur ensemble, ont éventuellement été impliqués dans la génération de la première croûte continentale. Nos résultats à 0.2 GPa révèlent la déshydratation de la serpentinite et la libération de fluides aqueux enrichis en Si, Al, Na et K. Les liquides silicatés hydratés (56 à 67 % en poids de SiO2) se forment en réponse à la fusion partielle assistée par ces fluides libérés lors de la déshydratation de la serpentinite. Remarquablement, les liquides produits à 0.2 GPa ont des teneurs en éléments majeurs, Cr et Zr similaires à ceux de la croûte continentale. La deserpentinisation et la fusion de la péridotite à des profondeurs peu profondes de = 7 km fournit ainsi un mécanisme simple pour former la proto-croûte felsique de la Terre à partir d'ingrédients facilement disponibles et qui ne nécessite pas de subduction des plaques. En outre, nous avons étudié les effets secondaires de rayons X de fluorescence des phases adjacentes (limites). Ce travail démontre l'influence importante de l'effet de fluorescence secondaire sur la concentration mesurée d'éléments (Cr), en particulier dans le cas des inclusions minérales et des contacts de types minéral-verre. En outre, l'estimation des erreurs d'analytiques liés à l'effet de fluorescence secondaire est effectuée en utilisant à la fois les mesures de la sonde électronique sur des couples de matériaux pressés à froid et la modélisation à l'aide de logicielle "CalcZAF / Standard" qui contient le système de code PENELOPE / PENEPMA / PENFLUOR. Nous démontrons l'importance des effets secondaires de la fluorescence sur l'interprétation des profils de diffusion élémentaire et nous concluons que les concentrations élémentaires dans les inclusions piégées dans les minéraux devraient être réévaluées par une telle modélisation de Monte Carlo, en particulier les contenus de Cr dans les inclusions. L'effet de fluorescence secondaire est de l'ordre de ~ 5000 ppm à ~ 8000 ppm dans des verres contenants du Fe à la distance 2 microns de la bordure avec une phase riche en Cr (e.g., chromite).

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Borisova, Anastassia
Toplis, Michael
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Manteau - Serpentinite - Basalte - MORB - Dissolution - Chromite - Chromitite nodulaire - Fluorescence secondaire - Croûte felsique - Assimilation - Magma
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :28 Aug 2018 16:02