Processus contrôlant la différenciation magmatique

[invite63e2eb96]

Bonjour,

Je travaille actuellement sur un devoir concernant en grande partie la différenciation magmatique et malgré mes recherches, quelques problèmes se posent.

Tout d'abord quel est l'intérêt de considérer des roches pauvres en phénocristaux ? Certes les phénocristaux témoignent d'un refroidissement lent ou d'une cristallisation fractionnée : les cristaux formées "tombent" dans la chambre magmatique et sédimentent. L’intérêt de considérer une roche pauvre en phénocristaux serait donc uniquement de "retrouver" ou de s'approcher de la composition du liquide d'origine étant donné que si elle est pauvre en phénocristaux, la roche s'est refroidie rapidement et on a "figé" cette composition ? Ou est ce plus complexe ?

Par ailleurs, le fait qu'il n'existe pas de relation simple entre la composition des roches et leur âge est il un problème pour comprendre l'évolution des roches magmatiques ou non ? J'aurais tendance à dire que non étant donné que la roche que l'on va étudié comportera des "traces" des épisodes de différentiation qu'elle a subit mais est ce valable pour toutes les étapes de différenciation ou seulement les dernières ? L'absence de lien simple temps/composition pose t'il vraiment un problème pour comprendre l'évolution en générale des roches magmatiques ???

Enfin, un processus simple tel que la cristallisation fractionnée, l'assimilation, le mélange, etc, peut il suffire à expliquer ces évolutions ? Ou dois je envisager un combinaison de plusieurs de ces processus, une superposition ?

Je vous remercie d'avance de vos réponses, ne vous retenez pas, même si vous ne connaissez qu'une partie de la réponse cela m'intéressera toujours. Et si vous avez des détails, aussi précis qu'ils soient, n'hésitez pas !
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[Tawahi-Kiwi]

Salut et bienvenue sur les forums Futura-Sciences,

Tout d'abord quel est l'intérêt de considérer des roches pauvres en phénocristaux ? Certes les phénocristaux témoignent d'un refroidissement lent ou d'une cristallisation fractionnée : les cristaux formées "tombent" dans la chambre magmatique et sédimentent. L’intérêt de considérer une roche pauvre en phénocristaux serait donc uniquement de "retrouver" ou de s'approcher de la composition du liquide d'origine étant donné que si elle est pauvre en phénocristaux, la roche s'est refroidie rapidement et on a "figé" cette composition ? Ou est ce plus complexe ?

Comme tu le dis; les phenocristaux sont la consequence de deux processus. Dans le cas ou ces phenocristaux sont le resultats de phases saturees durant la cristallisation fractionee, il ne represente pas le liquide. Ainsi, si tu as des phenocristaux abondants d'olivine dans une dacite par exemple, tu vas clairement surestime la teneur en Mg, Ni (eventuellement Fe) par rapport au liquide lui-meme.

Si les phenocristaux sont le resultat d'une "trempe" imparfaite; le probleme est generalement moins prononce. En analyse de roche totale, le seul probleme (mineur) sont les elements volatiles qui peuvent etre affectes par un vitrification imparfaite. En analyse ponctuelle, l'analyse d'un verre parfait te donne theoriquement la composition du liquide silicate; l'analyse d'un verre contenant des plagioclase va sous-estime la teneur en Na-Ca et Al vu que ceux-ci vont preferentiellement dans les feldspaths.

Dans les deux cas, ta conclusion est globalement correcte. Un verre sans cristallites a tendance a avoir une composition plus proche du liquide qui existait avant la solidification.

Par ailleurs, le fait qu'il n'existe pas de relation simple entre la composition des roches et leur âge est il un problème pour comprendre l'évolution des roches magmatiques ou non ? J'aurais tendance à dire que non étant donné que la roche que l'on va étudié comportera des "traces" des épisodes de différentiation qu'elle a subit mais est ce valable pour toutes les étapes de différenciation ou seulement les dernières ? L'absence de lien simple temps/composition pose t'il vraiment un problème pour comprendre l'évolution en générale des roches magmatiques ???

Pour comprendre l'evolution generale d'un systeme magmatique simple (ex. une intrusion stratiforme ou un unique batholite granitique), non le temps n'a pas trop d'importance. Des variables comme le SiO₂ ou le Mg# sont plus utiles. Neanmoins; dans le detail; les relations temporelles relatives (recoupement; intrusion; inclusions etc...) ou absolues peuvent avoir une importance pour comprendre l'evolution de divers magmas ou d'un evolution plus complexe.

Enfin, un processus simple tel que la cristallisation fractionnée, l'assimilation, le mélange, etc, peut il suffire à expliquer ces évolutions ? Ou dois je envisager un combinaison de plusieurs de ces processus, une superposition ?

Ces processus peuvent combines; se succeder; etre unique et peuvent influencer l'evolution d'un magma avec differentes intensites au cours de son histoire.

T-K

[invite91216f15]

Enfaite c'est apparament la notion de temps d'évolution de la roche qui te pose problème. Le temps d'évolution de la roche est très étroitement lié au temps de refroidissement de la roche.

Le refroidissement lui dépend surtout de l'intensité de la convexion thermique au sein du système puis de la composition du liquide puis de la templérature et la composition de la roche encaissante. Autrement dit le temps dépend de la différence de température enter la base et le sommet du complexe magmatique ainsi que de la composition du liquide et de la roche encaissante.

Par contre ce temps n'est pas utilisé pour dater. On peut reconstituer l'histoire de l'évolution de la roche pour reconstituer le temps de l'évolution; C'est la thermochronologie

[invite63e2eb96]

Bonjour, et d'abord merci pour vos réponses.

Par "trempe" imparfaite tu entends une remontée rapide du liquide et sa cristallisation donnant lieu à un verre ?
Dans ce cas la réponse simple est concise à ma question serait de dire que l’intérêt de considérer une roche pauvre en phénocristaux est qu'elle représente à peu de choses prêt celle du liquide d'origine. Dans l'idéal une roche uniquement constituée de verre me donnerait la composion de mon liquide initial ?

Salut et bienvenue sur les forums Futura-Sciences,

Ces processus peuvent combines; se succeder; etre unique et peuvent influencer l'evolution d'un magma avec differentes intensites au cours de son histoire.

T-K

C'est bien ce que je pensais il serait quelque peu simpliste de considérer un seul processus pour expliquer l'évolution totale d'une roche. Il va de soit que l'évolution d'un magma est très complexe. Mais peut on alors savoir quels processus sont susceptibles de jouer en même temps, il y a t'il un ordre définit entre ces processus et leurs interactions ou est ce dépendant des conditions imposées par le liquide initial et propre à chaque magma ?
Ou surtout, même si de manière logique on a tendance à penser que cela ne peut résulter d'un processus simple, POURQUOI un tel processus, seul, ne suffirait pas à expliquer ces évolutions ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite91216f15]

La complexité est relative. Il y a des exception mais dans l'ensemble c'est toujours des séries de type Bowen et des diagrames de phases à dimensions. Tu peux affiner la précision mais sa restera un paramtrage entre la composition et la variation de temperature/pression. Engros chaque type de composition donne un ensemble de différentes roches en fonction des conditions qu'il subit avant d'arriver à la surface.

http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9...tions_de_Bowen

La trempe imparfaite ne donne justement pas du verre mais une roche avec des très petits cristaux qui a une structures caractéristiques. Le verre c'est une trempe parfaite.

[Tawahi-Kiwi]

Mais peut on alors savoir quels processus sont susceptibles de jouer en même temps, il y a t'il un ordre définit entre ces processus et leurs interactions ou est ce dépendant des conditions imposées par le liquide initial et propre à chaque magma ?
Ou surtout, même si de manière logique on a tendance à penser que cela ne peut résulter d'un processus simple, POURQUOI un tel processus, seul, ne suffirait pas à expliquer ces évolutions ?

Au travers de la composition generale du magma, on peut avoir des indices des differents mecanismes a l'oeuvre mais il faut generalement passer par la geochimie isotopique ou la geochimie des elements en trace dans un systeme hors equilibre pour obtenir des informations suffisantes pour quantifier l'importance de chaque mecanisme. Lorsque l'on se penche sur ces donnees, et que l'on se limite a un seul processus simple; on constate que l'on a des donnees contradictoires. Il faut donc envisager plus d'un mecanisme/source pour expliquer la variabilite ou la tendance observee dans une serie de roche etudiee. Les variations sont liees a la composition du magma initial et ses proprietes physiques mais ausi les proprietes de l'encaissant dans lequel il est mis en place et tout les evenements qui peuvent survenir entre sa generation initiale et sa cristallisation. Une corps magmatique seul va suivre une cristallisation tres previsible (cf. le lien fourni pqr Lopgor) mais si tu y ajoutes une assimilation importante ou un melange de deux magmas; cette sequence de cristallisation initiale peut etre serieusement perturbee.

T-K

[invitef5639b9d]

bonjour,

Si l'on a par exemple cette évolution de composition que peut-on en déduire quand aux mécanismes dévolution de la série ?



je pencherai pour une cristalisation fractionné aux vu de la diminution du fer et de l'augmentation du sodium avec l'apparition d'une nouvelle phase vers 60% de SiO2

merci

[Tawahi-Kiwi]

Si l'on a par exemple cette évolution de composition que peut-on en déduire quand aux mécanismes dévolution de la série ?

je pencherai pour une cristalisation fractionné aux vu de la diminution du fer et de l'augmentation du sodium avec l'apparition d'une nouvelle phase vers 60% de SiO2

Oui, l'augmentation du SiO₂ indique une evolution du magma qui est associee avec une diminution des composants ferro-magnesiens (Fe, Mg) et une augmentation des alcalins (Na,K) alors que Al reste relativement stable. C'est une sequence d'evolution magmatique assez normale.

La chute en Na₂O est en effet liee a la cristallisation massive d'une phase sodique (probablement du plagioclase sodique proche du pole albite (Al variant peu). On peut aussi remarquer un possible changement de pente pour le FeOt a environ ~50% de SiO₂ qui peut eventuellement etre liee a l'apparition d'oxydes de fer et de titane (magnetite ou ilmenite).

Il s'agit donc d'un exemple assez evident de cristallisation fractionee avec accumulation ou extraction du liquide residuel.

T-K

[invitef5639b9d]

merci de ta réponse je suis content j'ai comprit ^^, mais je me pause une autre question y a t-il d'autres types de différenciation magmatique hors mi fusion partiel et cristallisation fractionné qui peuvent intervenir lors l'évolution d'une série magmatique ?

[invite1f0b2401]

Lorsque l'on se penche sur ces donnees, et que l'on se limite a un seul processus simple; on constate que l'on a des donnees contradictoires. Il faut donc envisager plus d'un mecanisme/source pour expliquer la variabilite ou la tendance observee dans une serie de roche etudiee. Les variations sont liees a la composition du magma initial et ses proprietes physiques mais ausi les proprietes de l'encaissant dans lequel il est mis en place et tout les evenements qui peuvent survenir entre sa generation initiale et sa cristallisation. Une corps magmatique seul va suivre une cristallisation tres previsible (cf. le lien fourni pqr Lopgor) mais si tu y ajoutes une assimilation importante ou un melange de deux magmas; cette sequence de cristallisation initiale peut etre serieusement perturbee.
T-K

Dans ce cas on devrait remarquer des anomalies dans le documents de zinkzank ? Si oui lesquelles ? (après avoir lu vos explications et en avoir cherché moi même je n'en trouve pas)
Ou sommes nous justement dans le cas d'un corps magmatique seul ?

[Tawahi-Kiwi]

y a t-il d'autres types de différenciation magmatique hors mi fusion partiel et cristallisation fractionné qui peuvent intervenir lors l'évolution d'une série magmatique ?

A ton niveau, non pas vraiment; la fusion partielle et la cristallisation fractionee sont les processus essentiels et c'est d'ailleurs correcte dans la tres grande majorite des cas. Neanmoins dans certains cas; il faut considerer des systemes en disequilibre, l'assimilation de l'encaissant; la metasomatose, l'immiscibilite et quelques autres processus petrologiques pour expliquer l'origine et l'evolution des magmas.

T-K

[inviteb4a9870e]

Bonjour,

Si l'on a par exemple cette composition des pyroxènes des rhyolites comment évolue le rapport Mg/(Mg+Fe) des différents pyroxènes ?


Je vous remercie d'avance de vos réponses

[Tawahi-Kiwi]

Bonjour et bienvenue sur les forums Futura-Sciences.

Si l'on a par exemple cette composition des pyroxènes des rhyolites comment évolue le rapport Mg/(Mg+Fe) des différents pyroxènes ?

Evolue par rapport a quoi ? lors de la differentiation d'une rhyolite ?

Le Mg# evolue au cours de la differentiation de la meme maniere que dans les roches plus mafiques (sauf exceptions rares qui n'est pas le cas ici).

T-K

[inviteb4a9870e]

Oui lors de la différenciation d'une rhyolite mais je pense avoir compris merci de m'avoir éclairé tout de meme

[Tawahi-Kiwi]

Oui lors de la différenciation d'une rhyolite mais je pense avoir compris merci de m'avoir éclairé tout de meme

Vu qu'il n'y a pas d'information sur les donnees, cela peut aussi etre le resultat du refroidissement lors de la cristallisation du magma rhyolitique. Il y a un p'tit probleme avec la composition de l'augite neanmoins.

T-K