METASOMATIC ENRICHMENT IN THE OCEANIC LITHOSPHERE: EVIDENCE FROM THE PETROGENESIS OF PETIT-SPOT LAVAS AND THEIR ENCLOSING XENOLITHS

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ID Serval
serval:BIB_BD434CB1E7D7
Type
Thèse: thèse de doctorat.
Collection
Publications
Titre
METASOMATIC ENRICHMENT IN THE OCEANIC LITHOSPHERE: EVIDENCE FROM THE PETROGENESIS OF PETIT-SPOT LAVAS AND THEIR ENCLOSING XENOLITHS
Auteur(s)
Rochat Laetitia
Directeur(s)
Pilet Sébastien
Détails de l'institution
Université de Lausanne, Faculté des géosciences et de l'environnement
Adresse
Faculté des géosciences et de l'environnement
Université de Lausanne
CH-1015 Lausanne
SUISSE

Statut éditorial
Acceptée
Date de publication
2016
Langue
anglais
Résumé
Le plancher océanique se forme par l'extraction de basaltes de ride médio-océanique (MORB) ayant pour effet un appauvrissement du manteau sous-jacent. Il a longtemps été cru, comme on l'a pensé pour les fonds marins océaniques, que la lithosphère océanique (c.à.d. le plancher océanique couplé au manteau sous-jacent appauvri) restait inerte jusqu'à ce qu'elle retourne dans le manteau par le mécanisme de sub¬duction. Cependant, il a été suggéré que des processus métasomatiques (c.à.d. mod¬ification de la composition chimique et/ou minéralogique) pourraient ré-enrichir le manteau lithosphérique océanique. Nous apportons des preuves directes et indi¬rectes du ré-enrichissement du manteau lithosphérique à différentes étapes de son histoire par la présence dans des laves de petit-spot de xénolites (morceau de roche) mantellique d'une part, et par la modélisation géochimique de la pétrogenèse de ces laves d'autre part. Les petit-spots sont des volcans de petits volumes découverts à l'Est du Japon sur la plaque pacifique subductante. La flexure de la plaque produit une extension à sa base permettant à des magmas préexistants se trouvant à la base de la lithosphère de remonter en entrainant des xénolites et xénocristaux.
La signature en éléments traces des clinopyroxenes formant les xénolites man- telliques apporte une preuve directe de métasomatisme sous les petit-spots, ayant pour conséquence le ré-enrichissement de la lithosphère océanique sous-jacente. Nous avons des preuves indirectes de la modification du manteau lithosphérique en périphérie de la ride médio-océanique par la présence d'un xénocristal de grenat se trouvant dans les laves de petit-spot. En effet, sa composition en éléments ma¬jeurs et traces nous indique qu'il s'est formé par métamorphisme (modification des minéraux sans modification de la composition chimique globale due au changement de pression et/ou température) après que du magma ait refroidi et cristallisé dans la lithosphère formant ainsi une roche gabbroïque. Des preuves indirectes supplémen¬taires de la modification de la lithosphère sous les volcans petit-spot sont apportées par leur pétrogenèse. Nous expliquons la composition chimique des laves de petit- spot par un processus dynamique qui consiste en la percolation de magma à la base de la lithosphère, produisant des veines métasomatiques. Dans un deuxième temps, ces veines refondent et c'est la variation de leur composition et du taux de fusion partielle qui va influencer la composition du magma produit à la surface.
Cette étude nous a apporté des évidences que la lithosphère océanique évolue au court de son histoire. Nous montrons que des processus dynamiques peuvent la modifier à différentes étapes de temps et qu'elle n'est pas aussi inerte qu'on a pu le croire.
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The oceanic lithospheric mantle is generally interpreted as the mantle residue after Mid-Ocean Ridge Basait (MORB) extraction leaving a depleted mantle. How¬ever, it has been suggested that metasomatic processes could refertilize the oceanic lithospheric mantle. We report direct evidences of refertilization of the oceanic lithospheric mantle at différent step of its history with geochemical modeling for the petrogenesis of petit-spot lavas and their enclosing xenoliths and xenocrysts. Petit-spot are small-scale volcanoes discovered on the downgoing Pacific plate east of Japan. The flexure of the plate produces an extension allowing pre-existing melt from the base of the lithosphere to rise up and entrain lithospheric xenoliths and xenocrysts. First, garnet xenocryst (Py62, Gr20, Alm18) has relatively low Mg# (-77.5) and low Cr (0.07-0.21) and Ti (0.06-0.17) content, depleted LREE, a slight positive Eu anomaly and flat HREE with primitive mantle normalized values around one. The low Mg# and Cr content exclude a peridotitic origin and the trace element content and the flat HREE exclude a magmatic origin. Therefore, it is interpreted as formed during subsolidus cooling of gabbroic cumulate into the lithospheric mantle indicating melt percolation in the periphery of mid océan ridges. Second, clinopy- roxene (cpx) in two peridotitic xenoliths show composition that differ significantly from cpx composition of abyssal peridotite which is interpreted as the mantle residue after MORB extraction. These cpx show relatively high content in very incompat¬ible elements similar to those observed in melt-metasomatized peridotites sampled in intra-continental basalts and kimberlites. And finally geochemical modeling for the petrogenesis of sills from Costa Rica can explain the potassic (K20/Na20 > 0.8) composition of petit-spot melts. A first hypothesis suggest that the mantle at the base of the lithosphere is K- and trace elements-enriched. Our model suggests that low-degree melt extracted from the Low-Velocity Zone (LVZ) interact with previously formed amphibole and phlogopit-rich lithologies. AU these evidences call into question the formation of the oceanic lithospheric mantle as the simple residue after MORB extraction. We suggest that the oceanic lithospheric mantle undergo différent stage of refertilization at différent time occurring first in the periphery of mid océan ridge and then at plate-flexure before subduction.
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Le manteau lithosphérique océanique est généralement interprété comme étant un manteau résiduel appauvri par l'extraction de magmas de type basaltique de dorsale médio-océanique (MORB). Cependant, il a été suggéré que des processus métasomatiques pourraient refertiliser le manteau lithosphérique océanique. Nous reportons des preuves directes de cette refertilization à différentes étapes de son histoire par la modélisation géochimique de la pétrogénèse des laves de petit-spot et ses xénolithes et xénocristaux qui y sont inclus. Les petit-spot sont des volcans de petits volumes découverts à l'Est du Japon sur la plaque pacifique subductante. La flexure de la plaque produit une extension permettant à des liquides pré-existants se trouvant à la base de la lithosphère de remonter entraînant ainsi des xénolithes et xénocristaux. Dans cette thèse, j'ai étudié un xénocristal de grenat (Chapitre 2), puis les clinopyroxenes (cpx) de deux xénolithes péridotitiques (Chapitre 3) et enfin, j'ai réalisé une modélisation géochimique de la pétrogénèse des sills de petit-spot (Chapitre 4). Tout d'abord, le xénocristal de grenat (Py62, Gr20, Almi8) a un Mg# (~77.5) relativement bas, une faible concentration en Cr et Ti, ce qui exclus une origine péridotitique ; et appauvri en LREE, une petit anomalie positive en Eu, et des terres rares lourdes plates avec des valeurs normalisées sur le manteau primitif aux environs de un. ce qui exclu une origine magmatique. Par conséquent, nous interprétons ce grenat comme étant formé durant le refroidissement au subsolidus d'un cumulât gabbroique dans le manteau lithosphérique indiquant la percolation de liquide en périphérie de dorsale médio-océanique. Ensuite, les cpx de deux xéno¬lithes péridotitiques ont une composition qui diffère significativement de la compo¬sition des cpx des péridotites abyssales typiques. Ces cpx montrent un contenu en éléments très incompatibles élevé similaire à ceux observés dans les péridotites mé- tasomatisées par des magmas se trouvant dans un contexte intra-continental. Enfin la modélisation géochimique de la pétrogénèse des sills de petit-spot du Costa Rica peut expliquer la composition potassique (K20/Na2 O > 0.8) des laves de petit- spot. Nous suggérons que des liquides de faible taux de fusion extraits de la base de la lithosphère interagissent avec des lithologies riches en amphiboles et phlogo- pites précédemment formées ce qui est contradictoire avec la formation du manteau lithosphérique océanique comme étant le simple résidu après l'extraction de MORB. Nous suggérons au contraire que la lithosphère océanique subie différentes étapes de refertilization à différentes périodes de temps, d'abord en périphérie de ride puis à la flexure de la plaque avant la subduction.
Création de la notice
07/02/2017 9:28
Dernière modification de la notice
20/08/2019 15:31
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