• Géophysique: des expériences sous hautes pressions et hautes températures éclairent certains processus de croissance de la croûte continentale!____¤201412

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «On the conditions of magma mixing and its bearing on andesite production in the crust» ont été publiés dans la revue Nature Communication, a permis de comprendre, grâce à des expériences sous hautes pressions et hautes températures, sous quelles conditions des magmas de composition différentes peuvent ou non se mélanger dans des réservoirs magmatiques.

      

    Il existe sur Terre «des magmas dits basiques, à faible teneur en silice (SiO2) comme les magmas basaltiques» et d'autres dits felsiques «relativement plus riche en SiO2, par exemple les rhyolites, coexistant avec des magmas intermédiaires (andesites, dacites)».

     

    Les magmas intermédiaires proviennent de deux processus possibles: «soit la différenciation par cristallisation fractionnée de basaltes, c’est-à-dire l’évolution progressive de la composition du magma du fait même que des minéraux cristallisent et en extraient des éléments chimiques ; soit le mélange en différentes proportions des deux magmas (basiques ou felsiques)».



    Deux magmas différents «ont la possibilité de se mélanger lorsqu’un réservoir généralement riche en silice est réalimenté par un magma intrusif plus basique et plus chaud». Alors en fonction de la densité, «le magma intrusif s’épanche au fond de la chambre ou remonte, associé à une ou des cellules de convection».



    Cependant, comme «un mouvement relatif (cisaillement) déforme l’un ou les deux magmas», dans le cadre de l'étude ici présentée, «des expériences en torsion simulant un cisaillement, à haute pression (300 MPa) et haute température (600 < T < 1200°C) sur des paires de magmas (dacite & rhyodacite, basalte & rhyodacite secs, et basalte & rhyodacite hydratés) à des faibles vitesses telles que régissant les réservoirs magmatiques».

     

    Il est alors apparu que c'est dans certaines conditions seulement que les échantillons déformés ont développé «des caractéristiques texturales et chimiques de mélange»: ces conditions favorables au mélange sont «une faible différence de viscosité entre les deux magmas, des cristaux présents à moins de 50 % en volume dans l’un et/ou l’autre des magmas, sans quoi le mélange n’a lieu, une viscosité inférieure à 7.5 unités logarithmiques, même si la différence de viscosité entre les deux magmas est faible».


    Au cours de ces expériences, il a été noté «que le passage entre mélange et absence de mélange est brutal, intervenant en moins de 10°C et que la présence d’eau abaisse significativement (de 170°C) la température de transition mélange / absence de mélange».


    Ces éléments ont servi à «calculer la fraction minimale de magma basique devant réapprovisionner une chambre felsique pour donner lieu à des conditions favorables au mélange», car «pour éviter que le basalte ne cristallise dès son entrée dans le réservoir plus froid, il faut une fraction de magma intrusif relativement importante (environ la moitié de la quantité totale du réservoir) pour le maintenir sous le seuil de cristallinité critique, et préserver un contraste de viscosité suffisamment faible permettant le mélange».

     

    Bien entendu, «cette fraction minimale de magma varie selon la nature des magmas mis en jeu, les cristaux s’y développant, la teneur en volatils etc.», mais elle «reste relativement élevée (supérieure à 0.42), y compris pour des magmas ayant des compositions similaires (ex. : dacite et rhyolite)».

     

    De plus, «d'autres paramètres restent à tester tels que la vitesse de cisaillement et la présence de bulles, qui pourraient augmenter significativement les possibilités de mélange».



    Les résultats obtenus «éclairent certains processus de croissance de la croûte continentale». En effet, ils permettent «de discuter du mode de recharge (continu, incrémental…) et des flux de magmas ayant réapprovisionné des réservoirs dans différents contextes géodynamiques», car «l’effet de la pression a aussi une implication sur la compréhension de l’évolution chimique de la croûte continentale»

     

    Ainsi, «une croûte fine, fréquemment alimentée par un basalte chaud, tel qu’au début de l’histoire de la Terre, a le potentiel pour produire de grandes quantités d’hybrides relativement felsiques», alors que «l'épaississement de la croûte et la baisse de flux dans le manteau devraient produire moins d’hybrides, menant la croûte vers des compositions globales plus basiques».

     

    Ceci «concorde avec l’existence d’une croûte archéenne (vers 2,5 milliards d’années) plus felsique que celle des temps phanérozoïques (environ 540 à 360 millions d’années), dans la mesure où le mélange ne fut pas moins important dans le passé».

     

     

     


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