From the magma chamber to microhabitats : dynamics of diffuse hydrothermal circulations at mid-ocean ridges
De la chambre magmatique aux microhabitats : dynamique des circulations hydrothermales diffuses aux dorsales médio-océaniques
Résumé
The hydrothermal activity is visible at the seafloor through chimney edifices called “black smokers” but also through diffuse fluids of lower temperature that are scattered on larger surfaces. Very little is known about the different mechanisms of formation and the dynamics of circulation of diffuse fluids in the subseafloor despite their important role for the hydrothermal fauna. We studied diffuse fluids during a 3 years monitoring at 2 hydrothermal vent sites from the Lucky Strike hydrothermal field (Tour Eiffel and White Castle). Based on these results, we developed a conceptual geological model for the dynamics of vent site scale hydrothermal circulations at the Lucky Strike field. This model confirms the role of the thin volcaniclastic formation deposited on the brecciated basalt substratum of both sites to control the dynamic of circulation and of venting of diffuse fluids. These fluids would generate a diffuse heat flow estimated as about 7.5 MW at White Castle, and 28.9 MW at Tour Eiffel. We use these observations to constrain a 2D thermo-hydraulic model of hot fluid circulation in a porous media, in order to predict the geometry of fluid circulation in the shallow subseafloor and the formation of diffuse fluids. We also explore the effect of sulfate precipitation from entrained seawater. Our results show that low permeability for the porous media or high velocity for the upflowing hydrothermal fluids are necessary in order to have high-temperature fluids >300°C vents. To be able to have close lateral diffuse fluids >20°C, anhydrite precipitation to change local permeability and fluid flow is necessary.
L’activité hydrothermale se manifeste sous la forme de cheminées hydrothermales renommées « fumeurs noirs » mais aussi via des fluides diffus de plus basse température évacués sur de plus larges surfaces. Il existe toutefois relativement peu de données sur les différents mécanismes de formation et la dynamique de circulation des fluides diffus dans le sous-sol malgré leur rôle majeur pour la faune hydrothermale. Nous avons étudié les fluides diffus lors d’observations réalisées sur 3 ans au niveau de 2 sites du champ hydrothermal de Lucky Strike (Tour Eiffel and White Castle). Sur la base de nos observations, nous avons développé un modèle géologique conceptuel pour la dynamique de circulation hydrothermale à l’échelle de site à Lucky Strike. Ce modèle confirme le rôle joué par la fine couche volcanoclastique déposée sur la couche sous-jacente de basaltes bréchifiés pour contrôler la dynamique de circulation et l’évacuation des fluides diffus. Ces fluides génèreraient un flux de chaleur estimé à 7.5 MW à White Castle et 28.9 MW à Tour Eiffel. Nous utilisons ces observations pour contraindre un modèle 2D thermo-hydraulique de circulation de fluides chauds dans un milieu poreux, afin de prédire la géométrie de la circulation des fluides dans le sous-sol peu profond et la formation de fluides diffus. Nous explorons également l'effet de la précipitation des sulfates à partir de l'eau de mer circulant dans la croute océanique. Nos résultats montrent qu'une faible perméabilité ou une grande vitesse pour les fluides hydrothermaux sont nécessaires afin de former des fluides à haute température > 300°C. Pour pouvoir avoir des fluides diffus latéraux >20°C, une précipitation d'anhydrite pour changer la perméabilité locale et l'écoulement du fluide est nécessaire.
Mots clés
Domaines
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