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Séminaires externes 2017-2018

Les séminaires déjà présentés cette année

Mercredi 6 septembre 2017 *reporté* : Julia Ribeiro (Rice University Houston Tx, USA) The fate of water at subduction zones

Water is efficiently cycled from the Earth’s surface into its deep interior via subduction zones. As the descending plate dehydrates into the asthenospheric mantle, it triggers arc magmatism. The depth at which the slab dehydration and arc magmatism initiate is thought to be dictated by the thermal state of the slab. Following this view, cold slabs are thought to mostly dehydrate beneath the arc front, while warmer slabs should mostly dehydrate beneath the fore-arc. Cold subduction zone lavas are thus predicted to have interacted with greater extent of water-rich fluids released from the downgoing slab, and should thus display higher water content and be elevated in slab-fluid proxies (i.e., high Ba/Th, H2O/Ce, Rb/Th, etc) compared to hot subduction zone lavas. Arc lavas, however, display similar slab-fluid signatures and 4wt% water regardless of the thermal state of the slab, suggesting more complexity to volatile cycling in subduction zones. Additional questions arise from the observations that Mariana fore-arc lavas display the highest slab fluid proxies recorded so far, implying that a dehydration peak may occur well before the slab reaches the arc front. Such paradoxical observations thus imply that the model of water delivery to the mantle wedge by slab dehydration must be more complicated.

Here, we explore the possibility that water delivery to the mantle wedge is not just controlled by release of fluids from the slab beneath the arc front. We evaluate the possibility that water is delivered to the mantle wedge by the serpentinized fore-arc mantle, in addition to direct dehydration of the slab, as originally proposed by Tatsumi (1989) using stability of hydrous mineral phases along the subducting path. To quantify the water outfluxes released at the arc and back-arc basin spreading center, we performed new mass balance calculations by using the maximum water content of olivine-hosted melt inclusions, basaltic glass shards and gas outfluxes released at arc volcanoes. The extent to which the fore-arc mantle can be dragged down to subarc depths is assessed with simple fluid dynamic equations. We find that the downgoing plate does not carry enough water down to sustain the water outfluxes released in the Mariana and Cascadia arcs. We show that dragging down of fore-arc mantle, followed by its dehydration, is a viable mechanism that can compensate for this water imbalance.

Jeudi 30 novembre 2017 à 13h 30  : Vincent Clési, LMV Clermont-ferrand Partage métal-silicate de l’hydrogène à haute pression-haute température : implications sur les concentrations en hydrogène des noyaux planétaires

L’accrétion des planètes telluriques à partir de matériaux primitifs et la différenciation formant un noyau et un manteau sont des questions fondamentales pour comprendre le système solaire interne. De nombreuses questions portant sur les processus permettant l’accrétion et la différenciation ne sont toujours pas résolues. Par exemple, en quoi la présence d’eau pendant la ségrégation noyau-manteau pourrait affecter les modèles d’accrétion planétaires ? De fait, de récentes études géodynamiques et géochimiques/cosmochimiques suggèrent une accrétion des éléments volatils à partir de planétésimaux hydratés lors de la ségrégation du noyau [Morbidelli et al., 2000, Marty, 2012, O’Brien et al., 2014, Sarafin et al, 2014]. Les études portant sur le partage métal-silicate en milieu hydraté sont jusqu’à présent limitées à des pressions inférieures à 1 GPa [Righter and Drake1999, Jana and Walker, 1999], soit largement en-dessous des conditions P-T prévalant lors de la formation des noyaux terrestre et martien. Dans notre étude, nous avons menés des expériences sur une presse multi-enclume, afin de couvrir une large gamme de conditions P-T (5 à 20 GPa et 2000 à 2500 K), de conditions redox (logfo2 variant de -5 à -1 par rapport au tampon IW) et de concentrations en eau (de 500 ppm à 1,5 % poids). Les résultats de ces expériences montrent qu’à l’exception du fer, l’eau diluée dans un océan magmatique primordial n’a pas d’effet sur le coefficient de partage métal-silicate des éléments sidérophiles. Ces résultats nous amènent à construire des modèles d’accrétion de Mars et de la Terre, basés sur l’évolution de l’état d’oxydation des manteaux planétaires. Ces modèles nous permettent de proposer un maximum pour les concentrations primordiales en eau sur Terre et sur Mars. De plus, ces expériences nous ont permis de ré-évaluer le partage de l’hydrogène entre métal et silicate liquide à haute pression. En effet, les études expérimentalement s’intéressant à ce sujet sont pour la plupart peu réalistes en termes de conditions de formation du noyau : soit des partages entre liquides silicaté et métal solide [Iizuka-oku et al., 2017], entre silicate solide et métal liquide [Shibazaki et al., 2009] ou partage liquide/liquide en système saturé en eau [Okuchi, 1997]. Du fait de fugacité d’hydrogènes plus faibles dans nos expériences, nous avons pu déterminer des coefficients de partage de l’hydrogène dans des conditions plus réalistes de la formation du noyau de la Terre ou de Mars. Nos expériences montrent que l’hydrogène se comporte comme un élément lithophile, y compris à haute pression, et que les concentrations en hydrogène des noyaux primitifs des planètes telluriques sont probablement très faibles (<100 ppm).

Jeudi 14 décembre 2017 à 13h30 : Pierre Condamine (Bayerisches Geoinstitut, Bayreuth) Rôle des éléments volatils sur la formation de magmas riches en potassium

Des liquides riches en K2O sont observés dans la majeure partie des contextes géodynamiques sur Terre. Ces liquides sont principalement caractérisés par leurs teneurs en K2O variant entre 3 et 13 pds. % et des rapports K2O/Na2O de 1 – 40. Les compositions chimiques des différents groupes de liquides riches en K2O observés sont extrêmement variables, depuis des termes très sous-saturés en silice (kamafugites, kimberlites, lamproïtes madupitiques à olivine) à des termes sur-saturés en silice (shoshonites, lamproïtes à phlogopite). Ces fortes teneurs en K2O et les rapports K2O/Na2O élevés ne peuvent pas être obtenus par la fusion de péridotites fertiles ou réfractaires. Des expériences de fusion partielle en piston-cylindre et presse multi-enclumes ont été réalisées sur des péridotites à phlogopite ± amphibole dans les domaines de stabilité du spinelle et du grenat (1 – 8 GPa) afin de déterminer la capacité du manteau terrestre à produire des liquides riches en K2O. La présence de faibles teneurs en fluor dans le matériel de départ stabilise le phlogopite à des températures supérieures aux études antérieures. Les faibles degrés de fusion obtenus à 1 GPa sont sur-saturés en silice et leur teneur en K2O est tamponnée à 4 – 6 pds. % par la présence de phlogopite résiduel pour des péridotites fertile et réfractaire, respectivement. Les expériences réalisées à 3 GPa montrent que les premiers degrés de fusion sont sous-saturés en silice mais plus riches en K2O (6 – 8 pds. % pour la lherzolite et la harzburgite, respectivement) que dans le domaine du spinelle, démontrant l’importance de la pression sur la genèse de liquides riches en K2O. Les modélisations réalisées montrent également que l’augmentation de la proportion de phlogopite dans la source ne modifie pas la teneur en K2O des liquides formés mais diminue leurs rapports K2O/Na2O. Par conséquent, la fusion de péridotite à phlogopite dans la gamme de pression étudiée ne permet pas d’obtenir des liquides aussi riches en K2O que certains lamproïtes et kamafugites. Une série d’expériences réalisée sur du phlogopite pur à 1 et 3 GPa montrent que les liquides dérivés de telles sources sont très riches en K2O (12 – 14 pds. %) et comparables aux lamproïtes. Les différentes lithologies étudiées expérimentalement ne permettent cependant pas d’expliquer la grande gamme de composition des liquides riches en K2O et nécessitent des conditions riches en éléments volatils (H2O, CO2, F) et des fugacités d’oxygène réductrices.



publié jeudi 13 septembre 2012