Les déséquilibres radioactifs 238U-230Th-226Ra : discussions sur les sources et processus responsables du volcanisme de la Cordillère des Andes et sur la déglaciation en Islande - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2005

U-series radioactive disequilibria 238U-230Th-226Ra : discussions on sources and processes responsible for volcanism of the Anden cordillera and on the deglaciation in Iceland

Les déséquilibres radioactifs 238U-230Th-226Ra : discussions sur les sources et processus responsables du volcanisme de la Cordillère des Andes et sur la déglaciation en Islande

Jérôme Chmeleff
  • Function : Author
  • PersonId : 831513

Abstract

Thanks to precise analyses of uranium series radioactive disequilibria, permitted by improvements of mass spectrometry data acquisition and optimization of chemistry, two questions were tackled and answers about the periods of glaciation in Iceland and the petrogenesis of andean lavas were proposed.
Two methods were used to date lava flows from the Reykjanes peninsula and the island of Heimaey, in Iceland, directly linked to the periods of deglaciation or reheating around the last ice age. An original method based on the use of segregation veins present in the lava flows has been developed. Thanks to the formation of this particular geological object this methods permits to be freed from xenocrysts when using the internal isochron method in the 238U-230Th system. Using this method some constraints are brought both on the quaternary geology of the area of Reykjavik and on the age of the end of the Würm glaciation on Heimaey. In parallel, due to the homogeneity of the historical and Holocene lavas of the Reykjanes peninsula, regarding the (230Th/232Th) and Th/U ratios, it is possible to derive the (230Th/232Th) ratio in time to determine the age of lava flows installed during the ice age. Thus we confirmed that the magnetic excursion recorded in the Skálamælifell lava flow is most probably the same one as that of Laschamp-Olby and that at this time (approximately 48.000 years) the Reykjanes peninsula was entirely covered with a glacier. Thanks to this method the extent of the glacier was also constrained by dating of a picritic shield around 22.000 years, thus the peninsula has to be free of any ice cap despite the fact that glaciation is the most intense around this time.
Then andean arc magmas petrogenesis was constrained in time and space. Almost systematic excesses of 226Ra compared to 230Th in lavas of austral, southern and northern volcanic zones of the Andes (AVZ, SVZ and NVZ) constrain the ascending time from the source to the surface after their formation which is necessarily fast (less than 8.000 years to preserve these disequilibria). We show that eruptive activity and excesses of 238U (and to a lesser extent 226Ra) compared to 230Th are linked. This observation suggests that the most active volcanoes (Villarrica and Llaima for the SVZ) are those whose source is enriched in fluids, coming from the subducted plate and sediments which cover it, during partial melting of the mantle wedge and that radioactive disequilibria tell us about the geodynamic context on a regional scale. Finally a more precise study of particular volcanoes (Nevado de Longavi (SVZ) and Guagua Pichincha (NVZ)), suggests that uranium series disequilibria record the evolution of a volcano in time. Thus the complex history of Nevado de Longavi and the particular signals of this volcano can be translated in term of variation of partial melting degree of the source, fractional crystallization or crustal contamination. In the case of Guagua Pichincha volcano, the adakitic source of the volcanic activity could be discussed thanks to the study of 238U and 226Ra excesses compared to 230Th and a model of adakites formation by partial melting of an hydrated mantle wedge followed by fractional crystallization of garnet at high pressure will be proposed.
Par le biais d'analyses précises des déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium, permises par des améliorations effectuées aussi bien au niveau de l'acquisition des données par spectrométrie de masse qu'au niveau de la qualité de la chimie, deux grandes questions ont été abordées et des réponses au sujet des périodes de glaciation en Islande et la pétrogenèse des laves Andines ont été proposées.
Deux méthodes ont été utilisées pour permettre la datation de coulées de laves de la péninsule de Reykjanes et de l'île d'Heimaey, en Islande, directement en rapport avec les périodes de déglaciation ou de réchauffement autour de la dernière période glaciaire. Une méthode originale basée sur l'utilisation des veines de ségrégation présentes dans les coulées de laves a été mise au point. Cet objet géologique particulier permet de s'affranchir des xénocristaux lors de l'application de la méthode de l'isochrone interne dans le système 238U-230Th, du fait même de son mode de formation. Grâce à cette méthode et à son utilisation sur une coulée de lave de la région de Reykjanes et une coulée au nord de l'île d'Heimaey des contraintes sont apportées à la fois sur la géologie quaternaire de la région de Reykjavik et sur l'âge de la fin de la glaciation de Würm sur l'île d'Heimaey. En parallèle, l'homogénéité des laves historiques et holocènes de la péninsule de Reykjanes, en ce qui concerne les rapports (230Th/232Th) et Th/U, a permis de dériver dans le temps le rapport (230Th/232Th) pour déterminer l'âge de coulées datant de la période glaciaire. Ainsi il a été confirmé que l'excursion magnétique enregistrée dans la coulée de Skálamælifell est très probablement la même que celle de Laschamp-Olby et qu'à cette époque (environ 48.000 ans) le glacier, recouvrait la péninsule de Reykjanes. Par cette même méthode l'étendue du glacier a également été contrainte par la datation d'un bouclier de picrite aux environs de 22.000 ans, âge, pourtant en pleine glaciation, où la péninsule devait être libre de toute chape de glace.
Dans un deuxième temps, la pétrogenèse des laves de l'arc Andin a été contrainte dans le temps et l'espace. Des excès quasiment systématiques de 226Ra par rapport à 230Th dans les laves des zones volcaniques australes, sud et nord des Andes (AVZ, SVZ et NVZ) nous renseignent sur le temps de remontée des magmas après leur formation qui est nécessairement rapide (moins de 8.000 ans pour conserver ces déséquilibres). Un lien a également pu être fait entre l'activité éruptive et les excès de 238U (et dans une moindre mesure 226Ra) par rapport à 230Th. Cette observation suggère que les volcans les plus actifs (Villarrica et Llaima pour la SVZ) sont ceux dont la source est la plus enrichie en fluides, provenant de la plaque subduite et des sédiments qui la couvrent, lors de la fusion partielle du coin de manteau et que les déséquilibres nous renseignent sur le contexte géodynamique à l'échelle régionale. Enfin l'étude plus fine de volcans particuliers (Nevado de Longavi (SVZ) et Guagua Pichincha (NVZ)), suggère que les déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium enregistrent l'évolution d'un volcan. Ainsi l'histoire complexe du Nevado de Longavi peut être appréhendée par cette approche et les signaux particuliers de ce volcan peuvent être traduits en terme de variation de fusion partielle de la source, cristallisation fractionnée ou contamination crustale. Dans le cas du Guagua Pichincha c'est la source du volcanisme adakitique qui pourra être discutée grâce à l'étude des excès de 238U et 226Ra par rapport à 230Th et un modèle de formation d'adakites par fusion partielle du coin de manteau hydraté puis cristallisation de grenat à haute pression sera proposé.
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Dates and versions

tel-00011187 , version 1 (12-12-2005)

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  • HAL Id : tel-00011187 , version 1

Cite

Jérôme Chmeleff. Les déséquilibres radioactifs 238U-230Th-226Ra : discussions sur les sources et processus responsables du volcanisme de la Cordillère des Andes et sur la déglaciation en Islande. Géochimie. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2005. Français. ⟨NNT : 2005CLF21601⟩. ⟨tel-00011187⟩
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