Trace element behaviors during degassing processes. Case studies of Piton de la Fournaise (Reunion island) and Lascar (Chile) volcanoes - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2014

Trace element behaviors during degassing processes. Case studies of Piton de la Fournaise (Reunion island) and Lascar (Chile) volcanoes

Comportement des éléments traces au cours des processus de dégazage. Etude des volcans Piton de la Fournaise (Réunion) et Lascar (Chili)

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Abstract

This study is aimed at better understanding the behavior of trace elements – and notably those of light elements such as Li and B – during magma degassing processes. For this purpose, we used a geochemical approach based on the analysis of fresh lavas and volcanic aerosols from Piton de la Fournaise (Réunion) and Lascar (Chile) volcanoes, respectively. Firstly, this thesis work focused on the role of gas transfers in triggering major eruptions and the time scales involved. Trace element analyses of recent lavas (1998-2008) of Piton de la Fournaise reveal anomalous abundances of volatile elements (e.g., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) a few days prior to the April 2007 summit collapse. The kinetic (diffusive) fractionation of elements accounts for the observed anomalies. The short time-scales required to fractionate Li from Cd diffusively (minutes to hours) and Cd from Bi (few hours to two days) support the idea that the magmas underwent rapid pressure variations a few days before the summit collapse.Secondly, this study concentrated on the quiescent degassing activity of Lascar volcano. Both major gaseous species and trace element enrichment in gas and aerosols collected in the sustained plume over the period 2009 to 2012 suggest the involvement of two main degassing sources with contrasted geochemical signatures: a deep magmatic reservoir and a shallow hydrothermal system. Contributions from these two dominant sources vary with time in response to changes in volcanic activity. This temporal evolution has been shown not only by well-known tracers such as SO2 and HCl, but also by a trace element both volatile and highly fluid-mobile such as B.To determine the bulk boron concentration of our samples, we have developed a robust low-blank method based on isotope dilution ICP-MS. Applied to lavas of Piton de la Fournaise, this technique allowed us to quantify the amount of B lost during magma degassing (10-30%) and its dependency on degassing conditions. Applied to aerosols of Lascar, it enabled us to show that B volatility is enhanced during hydrothermal processes (gas-water, gas-rock interactions). Finally, applied to fertile peridotite xenoliths, it led us to establish new constraints on the behavior of B during mantle processes and estimate a primitive mantle B content of 0.26 ± 0.04 ppm.
Dans le cadre de cette thèse, nous avons cherché à mieux comprendre le comportement des éléments traces – et notamment des éléments légers Li et B – lors des processus de dégazage magmatique par une approche géochimique, basée sur l'analyse de produits volcaniques naturels (laves, gaz, aérosols volcaniques) de deux volcans aux styles éruptifs très contrastés, le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Lascar (Chili). Dans un premier temps, cette étude s'est intéressée au rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions majeures et aux échelles de temps impliquées. L'étude des compositions en éléments traces des laves récentes (1998-2008) du Piton de la Fournaise nous a notamment permis d'identifier des anomalies transitoires en éléments volatils (p.e., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) en début de l'éruption majeure d'avril 2007. La cinétique de fractionnement par diffusion des éléments explique les anomalies observées. Les courts laps de temps nécessaires pour fractionner par diffusion Li par rapport à Cd (minutes à quelques heures) et Bi par rapport à Cd (quelques heures à deux jours) soutiennent l'idée que les magmas ont subi des variations rapides de pression quelques jours avant l'effondrement du cratère du Dolomieu. Dans un second temps, ce travail de thèse a porté sur le dégazage passif du volcan Lascar. Le panache volcanique dilué a été échantillonné au cours de 3 missions d'échantillonnage, menées entre 2009 et 2012, et caractérisé en termes de gaz acides (SO2, HCl, HF) et d’éléments traces. Au cours de ces missions, des mesures de flux de SO2 par DOAS ont également été réalisées. Les données mettent en évidence deux sources principales qui contribuent à l'activité de dégazage observée en surface: un réservoir magmatique profond et un système hydrothermal superficiel. Les contributions des deux sources varient dans le temps en réponse aux changements de l'activité volcanique. Cette évolution temporelle a été démontrée non seulement avec des traceurs répandus comme le SO2 et HCl, mais aussi avec des éléments traces à la fois volatils et très mobiles tel que le B. Pour la détermination des teneurs en B de nos échantillons, nous avons développé une méthode de dosage très précise par dilution isotopique. Appliquées aux laves du Piton de la Fournaise, cette technique nous a permis d'estimer les quantités de B perdues lors des processus de dégazage magmatique (ϵB compris entre 10 et 30%) ainsi que leur dépendance aux conditions de dégazage (continu en système ouvert, processus pré-, syn- et post-éruptifs). Appliquées aux aérosols du Lascar, elle nous a permis de montrer que la volatilité du B est favorisée lors des processus hydrothermaux (interactions gaz-eau, gaz-roche). Enfin, appliquées à des enclaves de péridotites, cette technique nous a permis d'apporter des contraintes nouvelles sur le comportement du B dans le manteau terrestre et d'estimer la teneur en B du manteau primitif (0,26 ± 0,04 ppm).
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Dates and versions

tel-01076248 , version 1 (21-10-2014)
tel-01076248 , version 2 (21-11-2014)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01076248 , version 2

Cite

Gabrielle Menard. Comportement des éléments traces au cours des processus de dégazage. Etude des volcans Piton de la Fournaise (Réunion) et Lascar (Chili). Sciences de la Terre. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2014. Français. ⟨NNT : 2014CLF22460⟩. ⟨tel-01076248v2⟩
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