Differenciation magmatique et géochimie

[aymeric_joubert]

Bonjour,

Je ne suis pas récent sur ce forum puisque je vous lis souvent sans forcément intervenir, mais il me semble que c'est l'un de mes premiers posts.

Je suis un peu perdu dans les différentes séries magmatiques et la composition chimiques des roches.

Je comprends bien les faits séparément: série de Bowen, différentes séries magmatiques (tholeiitiques, calco-alcaline, alcaline, etc…), les différents contextes, etc…

Mais je n’arrive pas à relier le tout.

Exemple : je sais qu’un MORB de dorsale contient peu de SiO2, beaucoup d’Al2O3 et peu d’alcalin mais je ne visualise pas pourquoi. De même, pourquoi l’andésite de la série calco-alcaline contient peu de TiO2 et beaucoup d’Al2O3.

J’espère être clair, concrètement, comment les différenciations magmatiques vont influencer la chimie des roches par rapport aux différents contextes ?

Est-ce que vous pouvez m’éclairer ?

PS : j’ai beau lire le pomerol ou le jeaujard, ça ne m’aide pas forcement.

Merci de votre aide et bonne journée,

Aymeric
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[Tawahi-Kiwi]

Salut et bienvenue pour ta première intervention sur le forum,

Je comprends bien les faits séparément: série de Bowen, différentes séries magmatiques (tholeiitiques, calco-alcaline, alcaline, etc…), les différents contextes, etc…

Mais je n’arrive pas à relier le tout.

Connaitre les faits est une chose, mais ce ne sont que des observations et il est en effet important de comprendre pourquoi les séries magmatiques se comportent comme elles le font.

Exemple : je sais qu’un MORB de dorsale contient peu de SiO2, beaucoup d’Al2O3 et peu d’alcalin mais je ne visualise pas pourquoi.

Les MORB, ainsi que tout les autres basaltes, sont produits par la fusion du manteau (=> peridotites). La fusion de peridotite ne peut jamais produire un magma riche en SiO₂ dans des conditions normales; de plus, les MORB sont generalement plus riches en SiO₂ que les OIB; le 'peu de SiO₂' est donc relatif.

Les alcalins sont importants. Na₂O et K₂O ne sont pas abondants dans le manteau, et sont ce que l'on appelle 'incompatible' dans la peridotite. Vu que ces elements n'ont rien a faire dans l'olivine et les pyroxenes qui forment essentiellement la peridotite, lorsque celle-ci commence a fondre, ce sont les premiers elements liberes dans le magma formé.

Certains OIB sont typiquement plus riches en alcalins que les MORB pour trois raisons independantes:
- La peridotite a l'origine est legerement plus riches en alcalins.
- La fusion qui forme les OIB est plus profonde; ce qui favorise davantage la liberation des alcalins (et un magma tres pauvre en SiO₂)
- La fusion partielle est moins importantes dans les OIB alcalins. Cela implique que les alcalins liberes tout au debut de la fusion ne seront dilués que quelques fois dans le magma final, alors que dans un (N-)MORB ou la fusion partielle est de 15-20%, les alcalins liberes dans le premier % ont été dilués un bon nombre de fois.

De même, pourquoi l’andésite de la série calco-alcaline contient peu de TiO2 et beaucoup d’Al2O3.

La série calc-alcaline est generalement caracterisee par deux facteurs essentielles (vis-a-vis de la série tholéiitique): Les magmas calc-alcalins sont oxydés et hydratés (typiquement, on les trouvent dans les zones de subduction).

La consequence directe d'un magma hydraté est la presence de minéraux comme l'amphibole et les micas. Mais dans les détails de la séquence de cristallisation; quelque chose d'autres a lieu tout au début.
Pour une série tholéiitique, la séquence de cristallisation est: olivine --> olivine + plagioclase --> olivine + plagioclase + clinopyroxene.
Pour une série calc-alcaline, la séquence de cristallisation est: olivine --> olivine + clinopyroxene --> olivine + clinopyroxene + plagioclase.

Cela parait insignifiant ,mais c'est fondamental pour explique les teneurs élevées d'Al₂O₃ dans l'andésite.
olivine & clinopyroxene ne consomme pas d'alumine hors du magma alors que le plagioclase demande beaucoup d'Al₂O₃. Lorsque la cristallisation de ce dernier est retardée, l'alumine continue a augmenter dans le magma.

Le caractère oxydé de la série alcaline a une conséquence majeure. Le fer; essentiellement Fe²⁺ dans les magmas tholéiitiques, est en partie Fe³⁺ dans les basaltes calc-alcalins. Cela favorise la cristallisation rapide de magnétite, qui contient un proportion plus ou moins importante de titane. De la meme maniere que le fer n'augmente pas dans la série calc-alcaline dans un diagramme AFM, le titane n'augmentera pas. Une andésite tholéiitique aura des concentrations en fer et titane élevée qui vont permettre la cristallisation d'ilménite.

J’espère être clair, concrètement, comment les différenciations magmatiques vont influencer la chimie des roches par rapport aux différents contextes ?

Au final; les caractéristiques géochimiques et l'évolution des magmas est entièrement controlées par le type de minéral qui intervient dans la fusion ou la cristallisation. Associé une tendance avec une série de cristallisation est la première étape; la seconde est de lié cela a la thermodynamique (entre autres les diagrammes de phases) pour vraiment comprendre pourquoi un tel magma cristallise d'abord un minéral et pas un autre.

N'hésites pas si ce n'est pas clair ou si tu as plus de questions,

T-K

[aymeric_joubert]

Bonjour,
Merci pour cette réponse claire, complète et très bien expliquée. Je visualise très bien chacun des éléments de ta réponse.
C'est parfait.
Je n’hésiterai pas si jamais j'ai d'autres questions.
Bonne journée a toi,
Merci,
Aymeric

[aymeric_joubert]

Certains OIB sont typiquement plus riches en alcalins que les MORB pour trois raisons independantes:
- La peridotite a l'origine est legerement plus riches en alcalins.
- La fusion qui forme les OIB est plus profonde; ce qui favorise davantage la liberation des alcalins (et un magma tres pauvre en SiO₂)
- La fusion partielle est moins importantes dans les OIB alcalins. Cela implique que les alcalins liberes tout au debut de la fusion ne seront dilués que quelques fois dans le magma final, alors que dans un (N-)MORB ou la fusion partielle est de 15-20%, les alcalins liberes dans le premier % ont été dilués un bon nombre de fois.
T-K

Je reviens sur ta réponse, comment expliquer les differences de taux de silice entre une série alcaline saturée et sous saturee ? (Entre Tahiti et Hawaii par exemple).

Mon hypothèse est que cela est du au taux de fusion et donc la profondeur de fusion. Dans le cas ou la profondeur de fusion est forte, le taux de fusion sera plus faible et le taux de silice plus faible. Donc :
- alcalin saturé : fort taux de fusion, faible profondeur, saturation en silice
- alcalin sous saturé : faible taux de fusion, forte profondeur, peu de silice, formation de feldspathoïdes.

Qu'en penses-tu ?

Merci et bonne soirée,
Aymeric

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Qu'en penses-tu ?

En effet, mais les variables sont plus independantes (en théorie) que tu ne sembles le suggerer.

La fusion a un effet direct sur la concentration en alcalin (qui pour les basaltes issus du manteau; est inversement correlée a la saturation en silice)
- Moins de fusion, concentration plus élevée en alcalins, potentiellement sous-saturé en silice
- Fusion importante; alcalins dilués dans le magma, magma tholéiitique

Cette variable (le taux de fusion), peut etre considérée indépendemment de la profondeur (cela ne veut pas dire que c'est indépendant en pratique, cela veut juste dire qu'a 50km de profondeur; deux memes péridotites fondant à 15% et 30%, la premiere sera plus alcaline.


- La profondeur seule (la pression) a une influence independante. L'eutectique du système basaltique (Olv-Px-Qtz-Nph-Plag) évolue d'un premier liquide tholéiitique a basse pression (<1.5 GPa) a un liquide de plus en plus alcalin pour des pressions plus élevées.
Cette variable de pression signifie qu'une péridotite qui fond avec 20% de fusion partielle à 30km sera moins alcaline que la meme roche fondant à 20% a 60km de profondeur.


Kushiro, 1968


- Finalement, le type de roche joue évidemment un role, une lherzolite appauvrie fondant à 10% produira un magma moins riche en alcalins qu'un lherzolite primitive. Dans le cas des points chauds, cette variation peut se faire au niveau de la source, un panache mantellique pouvant etre legerement plus enrichi ou appauvri qu'un autre.

Au final; un volcan de point chaud dont le magma est produit par un panache fort enrichi, fondant a une profondeur importante, en petite quantité sera sans aucun doute plus alcalin et sous-saturé en silice qu'un volcan dont le magma est issu d'un panache appauvri avec une fusion importante proche de la surface.

T-K

[aymeric_joubert]

Bonjour,
Merci encore pour cette réponse concrète.
Aymeric