Origine des laves...

[Yves2]

Bonjour,
Avec la multiplication du nombre de données, on s'aperçoit que la géochimie (au sens large : el. majeurs, traces, isotopie, gaz rares and co) des magmas est extrêmement complexe et diversifiée. On associait il y a quelques années - de manière simpliste, certes - de grandes catégories de magma à des contextes géodynamiques. Ceci avait conduit à distinguer des réservoirs mantelliques particuliers, citons par exemple un manteau inférieur enrichi, un manteau sup appauvri, parfois métasomatisé, etc...
Or aujourd'hui, on constate que la chimie des magmas présente des variations importantes au sein d'un même domaine géodynamique (zones de subduction, dorsales, supposés points chaud...). Ceci à conduit les auteurs à augmenter le nombre de réservoirs mantelliques et à les diversifier.
Voici ma question : pensez vous que le manteau soit constitué de réservoirs géochimiques distincts (en d'autres termes, soit homogène), ou pensez vous qu'il s'agit d'une espèce de soupe relativement homogène ou la notion d'"enrichissement" ou d''appauvrissement" ne permette pas d'identifier une provenance ?
Cette deuxième solution aurait, me semble-t-il, d'importantes conséquences, en particulier sur les modèles de points chauds au sens de Wilson.
Dans l'attente de votre éclairage (et en vous remerciant de votre participation !), bien géologiquement,

Yves
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[invite2de31196]

Bonjour Yves,
Dans un premier temps le manteau terrestre a été considéré comme étant homogène, surtout comparé à la croûte, extrêmement variée (roches sédimentaires métamorphiques, magmatiques). Le manteau était notamment connu grâce aux enclaves de roches vertes remontées dans le cœur de certaines bombes volcaniques: des nodules de péridotites, constitués quasiment d’un seul minéral appelé olivine.

Puis les études des volcans et des îles d’origine volcanique (Açores, Hawaii, Kerguelen, Tahiti, etc.) ont montré certaines différences dans les laves, qui semblaient liées à une hétérogénéité du manteau. Il est vrai que les régions du manteau qui ont produit beaucoup de magmas (dorsales océaniques par exemple) deviennent de ce fait « appauvries », par opposition aux autres. L’injection de lithosphère (et donc de croûte) dans les zones de subduction, jusqu’à des profondeurs de 700 km, modifie aussi le manteau. Certains auteurs (Allègre et Turcotte) comparent même ceci à un gâteau marbré « marble cake » !

Des études géochimiques très fines (Zindler et Hart) basées sur les isotopes du strontium, du plomb, du néodyme ont mis en évidence quatre réservoirs mantelliques principaux : un pôle appauvri (DMM), 2 pôles enrichis (EM1 et EM2) et un quatrième pôle encore plus énigmatique (HIMU). Les différents types de manteaux connus résultent de la combinaison de ces quatre pôles en proportions différentes.

[Yves2]

Dans un premier temps le manteau terrestre a été considéré comme étant homogène, surtout comparé à la croûte, extrêmement variée (roches sédimentaires métamorphiques, magmatiques). Le manteau était notamment connu grâce aux enclaves de roches vertes remontées dans le cœur de certaines bombes volcaniques: des nodules de péridotites, constitués quasiment d’un seul minéral appelé olivine.
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Des études géochimiques très fines (Zindler et Hart) basées sur les isotopes du strontium, du plomb, du néodyme ont mis en évidence quatre réservoirs mantelliques principaux : un pôle appauvri (DMM), 2 pôles enrichis (EM1 et EM2) et un quatrième pôle encore plus énigmatique (HIMU). Les différents types de manteaux connus résultent de la combinaison de ces quatre pôles en proportions différentes.

Bonjour M. Bardintzeff
Et merci d'avoir pris du temps pour me répondre.
Ainsi, comme vous le dites, dans un premier temps on considère le manteau comme homogène (première partie de votre message). Puis on constate des variations de composition suivant les régions. La géochimie fine permet de distinguer des "réservoirs". Et on admet finalement que "Les différents types de manteaux connus résultent de la combinaison de ces quatre pôles en proportions différentes", ce qui revient à dire que finalement, si j'ai bien compris, le manteau est... relativement homogène. Ai-je fais une erreur quelque part ?
Je conçois évidemment qu'il y ait localement des zones "enrichis", on sait que le matériel crustal plonge dans le manteau, il y a donc des apports. Mais cette homogénéité chimique globale du manteau ne semblerait elle pas indiquer que le recyclage du matériel engagé dans les zones de subduction est finalement très rapide ?
Une conséquence de ceci est la remise en cause des modèles de manteau avec des réservoirs chimiques bien identifiés : un manteau inférieur enrichi par les slabs, un manteau supérieur appauvri par les fusions multiples, et des points chauds qui remontent depuis la limite manteau noyau jusqu'à la lithosphère. Je pense entre autres au modèle proposé par Courtillot et al. : http://www.pmmh.espci.fr/resumes/courtillot.jpg (V. Courtillot et al, EPSL, 205, 295-308, 2003).
N'étant absolument pas géochimiste, j'avoue que j'ai peur de ne pas bien comprendre ce problème compliqué. Quel est votre point de vue ?
Géologiquement,

Yves

[invite2de31196]

Oui Yves,
Une grande partie du manteau a plus ou moins la même composition géochimique. On l’appelle PREMA (= prevalent mantle) : il correspond à un mélange des quatre pôles.

Mais on met aussi en évidence des variations (et c’est ainsi que les pôles mantelliques ont été identifiés).

Les basaltes de ride océanique (MORB = Mid Ocean Ridge Basalt) contiennent davantage du pôle appauvri DMM (=depleted mantle).

Les basaltes de Kerguelen dans le sud de l’océan Indien sont enrichis et témoignent davantage du pôle EM1 (= enriched mantle).

Ceux de l’archipel de la Société en Polynésie française proviennent en grande partie d’un deuxième pôle enrichi (EM2), résultant peut-être de sédiments réinjectés.

Enfin dans d’autres îles de Polynésie et à Sainte-Hélène on met en évidence un pôle encore plus énigmatique présentant un rapport µ élevé (d’où son nom de HIMU, avec rapport µ = 238U / 204Pb). Il pourrait être modifié par des fragments de lithosphère subductée

Pour être complet, on pense aussi avoir retrouver à Hawaii également des témoins du manteau primitif PUM (= primitive upper mantle)

Tu as raison ce qui semblait simple hier l’est beaucoup moins aujourd’hui car les connaissances plus complètes montre une réalité complexe. Ceci est classique en science. On découvrira aussi dans l’avenir une complexité croissante dans le noyau terrestre et dans la structure des autres planètes.
Amitiés volcanologiques.
__________________
Ce qui est simple est toujours faux, ce qui ne l’est pas est inutilisable. » Paul Valéry.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite1679091c]

Photo complémentaire de Mr Bardintzeff

Les bombes volcaniques renferment parfois un nodule d’olivines vertes. La taille des deux bombes est de 17 centimètres (copyright J.M. Bardintzeff).

[Yves2]

Tu as raison ce qui semblait simple hier l’est beaucoup moins aujourd’hui car les connaissances plus complètes montre une réalité complexe. Ceci est classique en science. On découvrira aussi dans l’avenir une complexité croissante dans le noyau terrestre et dans la structure des autres planètes.

Bonjour, et merci pour votre réponse limpide. Ce que je trouve vraiment interessant dans ce problème, c'est que la complexité nouvelle du manteau terrestre a des conséquences critiques sur les interactions avec les enveloppes plus superficielles. Quel effet notre "nouveau manteau" a-t-il sur le relief des continents ? Que signifient réellement les signatures isotopiques aujourd'hui pourtant à la mode (je pense à l'He3, très débattu) ? Doit on encore parler de points chauds ? Si oui, dans quels cas ?
Voilà, c'était juste pour ouvrir un peu plus le débat...
Encore merci pour votre participation, bien à vous,

Yves

[invite2de31196]

Effectivement Yves chaque avancée dans la connaissance suscite de nouvelles questions.

Les points chauds existent toujours mais tout se complique aussi. Il semble y en avoir de différentes sortes en fonction du lieu d’origine du panache mantellique associé : profond (2900 km), intermédiaire (670 km) ou superficiel (200-300 km), lié à une déchirure lithosphérique.

Dans chaque cas, le point chaud évolue aussi avec le temps : il naît, vit et meurt. Il peut être formé d’une « tête » gigantesque (jusqu’à 2000 km de diamètre ; ce stade serait à l’origine des gigantesques trapps du Deccan par exemple) et d’une « queue » plus petite (200 km de diamètre, correspondant au stade des points chauds classiques dont on voit les effets aujourd’hui).

Dans le cas de la Ligne Volcanique du Cameroun (mont Cameroun, lac Nyos) dans le continent africain, il n’y a pas d’ordre chronologique dans l’alignement : on parle alors plutôt d’une « ligne chaude ».

[Yves2]

Les points chauds existent toujours mais tout se complique aussi. Il semble y en avoir de différentes sortes en fonction du lieu d’origine du panache mantellique associé : profond (2900 km), intermédiaire (670 km) ou superficiel (200-300 km), lié à une déchirure lithosphérique.

Bonjour ! C'est vraiment agréable de pouvoir continuer cette discussion !
Le point que je cite ci-dessus est justement, il me semble, le point critique : cette notion de profondeur d'origine est basée sur des arguments géochimiques, si je ne m'abuse, qui semble aujourd'hui de moins en moins convaincants, non ? Le modèle de point chaud avec une tête énorme et une queue qui suit, ça marche peut être dans quelques rares cas, mais pour tout les autres (et ils sont nombreux), j'ai le "feeling" qu'il manque vraiment un (ou des !) mécanisme(s) plausible(s)...
Bien géologiquement,

Yves

[invite2de31196]

Bonjour Yves,
Les points chauds c’est vraiment un problème d’actualité, qui ne peut se résumer en quelques lignes. Tu connais peut-être mon livre « Volcanologie » aux éditions Dunod. Je viens d’en publier la troisième édition, dans laquelle j’essaye de faire des mises au points sur différents problèmes actuels en magmatologie (points chauds mais aussi manteau, un autre sujet qui t’intéresse, etc.). Je me base sur les articles scientifiques récents.

Toujours à propos des points chauds, tu signales dans un message précédent l’article de Courtillot, Davaille, Besse et Stock (Earth and Planetary Science Letters, 2005, 3-4, 295-308, 2003).
C’est une synthèse vraiment intéressante. Justement ils discutent sur les profondeurs d’origine des points chauds à partir de différents arguments : trace linéaire ou pas, existence et âge d’un trapp ou plateau (CFB = Continental Flood Basalt ou OP = Oceanic Plateau), « flottabilité » de la matière mantellique, rapport 3He/4He, tomographie.