Les isotopes cosmogéniques 3He et 10Be dans les minéraux mafiques : développements analytiques, calibration et nouvelles applications - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Cosmogenic 3He and 10Be in mafic phenocrysts: analytical improvements, calibration and new applications

Les isotopes cosmogéniques 3He et 10Be dans les minéraux mafiques : développements analytiques, calibration et nouvelles applications

Résumé

Improving precision and accuracy of the techniques based on cosmogenic nuclides requires new analytical protocols, amelioration of existing routines and precise calibration of production rates. Specific tests allowed improving the standard technique for the analysis of cosmogenic 3Hec (3Hec) in olivines and clinopyroxenes, by evidencing a 3Hec loss during the preliminary crushing step. Similarly, a new chemical treatment has been developed for the measurement of in situ 10Bec in mafic minerals. Using these refined methods on natural phenocrysts, new reference production rates of 128±5 at.g-1.yr- 1 and 4.4±0.6 at.g-1.yr-1 are proposed for 3Hec in olivines and 10Bec in clinopyroxenes, respectively. These rates have been yielded from natural calibration on basaltic lava flows from Mt Etna (Sicily, 38°N), Mauna Loa and Mauna Kea (Hawaii, 19°N) independently dated by K-Ar or 14C between 1.47±0.05 and 149±23 ka. The accuracy of the 3Hec dating method allowed a precise chronology of the last glacial retreat of Mauna Kea (Hawaii) to be established. The age of the local last glacial maximum (LGM) has been constrained between 16 and 19 ka. Numerical simulations moreover allowed paleoclimatic conditions to be reconstructed. The amplitude of high altitude (> 3000 m) cooling was thus 7±1°C during the LGM. The subsequent post glacial warming occurred ~15 ka. Such result confirms the behaviour of this zone is disconnected from the other Pacific regions. Finally, it has been demonstrated that geological objects that have experienced ancient (or fossil) exposure episodes are able to quantify a great variety of parameters, such as paleoaltitudes, paleo-erosion rates, or lava flow emission rates. The uncertainties and limitations of these new methods have been assessed both by numerical simulations and testing on geological targets.
L'amélioration de la précision et de la justesse des techniques basées sur les isotopes cosmogéniques passe par la mise au point de nouveaux protocoles analytiques, l'affinement des méthodes existantes et la calibration de leurs taux de production. Des tests spécifiques ont ainsi permis d'améliorer la technique standard d'analyse du 3He cosmogénique (3Hec) dans les olivines et les pyroxènes, grâce à l'identification d'une perte de 3Hec lors de l'étape préliminaire de broyage. De même, un nouveau protocole de traitement chimique a été mis au point pour la mesure du 10Bec in situ dans ces minéraux. L'utilisation de ces méthodes affinées sur des phénocristaux naturels conduit à proposer de nouveaux taux de production de 128±5 at.g-1.a-1 pour le 3Hec dans les olivines et de 4.4±0.6 at.g-1.a-1 pour le 10Bec dans les clinopyroxènes. Ces valeurs sont obtenues par calibration sur des coulées basaltiques du Mt Etna (Sicile, 38°N), du Mauna Loa et du Mauna Kea (Hawaii, 19°N) qui ont été datées par K-Ar ou 14C entre 1.47±0.05 et 149±23 ka. La fiabilité de la méthode de datation par 3Hec a été mise à profit pour établir avec précision la chronologie du dernier retrait glaciaire du Mauna Kea (Hawaii). L'âge du dernier maximum glaciaire (DMG) local a été contraint entre 19 et 16 ka. Ces datations ont de plus été valorisées par simulation numérique des conditions paléoclimatiques. Il a ainsi été établi que le refroidissement en haute altitude (> 3000 m) du Pacifique Central était de l'ordre de 7±1°C au DMG. Le réchauffement post glaciaire n'a été significatif qu'à partir de ~15 ka, ce résultat confirmant le comportement isolé de cette zone par rapport au reste du Pacifique. Enfin, il a été montré que les objets géologiques ayant enregistrés des expositions anciennes (ou fossiles) ont le potentiel pour quantifier des paramètres aussi variés que la mesure de paléoaltitudes, de paléo-taux d'érosion ou la vitesse d'émission des grandes provinces volcaniques. Les incertitudes et les limites de ces nouvelles méthodes ont été à la fois évaluées par simulation numérique et testées sur des objets géologiques.
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Citer

P.-H. Blard. Les isotopes cosmogéniques 3He et 10Be dans les minéraux mafiques : développements analytiques, calibration et nouvelles applications. Géologie appliquée. Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00403000⟩
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