Gochimie du Manteau et Godynamique - PowerPoint PPT Presentation

Title: Gochimie du Manteau et Godynamique


1
Géochimie du Manteau et Géodynamique

• Francis Albarède

2
La convection élimine la chaleurproduite par la
radioactivité terrestre
Xie and Tackley (2003)
3
(No Transcript)
4
Le modèle géochimique standard(pre-1997)
White
5
Les différents types de volcanisme
6
Coefficients de partageminéral/liquide basaltique
7
Ne pas se laisser impressionner! La
normalisation nest quune division destinée à
gommer les bizarreries de la nucléosynthèse
8
Le contraste entre les deux grands types de
basaltes océaniques
? plus incompatible plus
compatible ?
9
Le contraste entre la croûte continentale et les
basaltes issus du manteau asthénosphérique
(MORB)(les andésites sont similaires à la croûte
continentale)
? plus incompatible plus
compatible ?
10
Fusion dune péridotite75 olivine 15
clinopyroxène 15 grenat
?jargon!
100
liquide enrichi
10
résidu appauvri
1
Concentrations normalisées (/source)
0.1
0.01
La Ce Nd Sm Eu Gd Dy
Er Yb Lu
11
Le fractionnement père-fils lors de lextraction
de la croûte se traduit par une évolution
différente du rapport isotopique dans le manteau
résiduel et dans la croûte
0.515
147Sm/144Nd
143Nd/144Nd
0.12
0.510
0.25
0.20
0.505
0 1 2
3 4
temps (Ga)
Ici le fractionnement Sm/Nd induit des variations
du rapport 143Nd/144Nd
eNd déviation du rapport 143Nd/144Nd par rapport
à la référence chondritique
12
Effet dun évènement à 3.5 Ga dans le manteau
lévolution isotopique du Pb des sous-systèmes
dépend de leur rapport U/Pb (m)
16
m 238U/204Pb 10 8.5 7
15
14
207Pb/204Pb
13
12
11
10
10 12 14
16 18 20
206Pb/204Pb
13
Dans le cas où le manteau inférieur ne reste pas
primitif (recyclage de plaques lithosphériques)
14
147Sm-143Nd 176Lu-176Hf 238U-206Pb
232Th-208Pb 87Rb-87Sr 187Re-187Os
Les propriétés dun chronomètre dépendent
du caractère compatible ou incompatible et du
caractère volatil ou soluble de chaque nucléide
15
La différenciation isotopique Sr-Nd du
manteau Terrestre il faut du temps, du temps, du
temps!
appauvri
DM
? jargon!
HiMu
143Nd/144Nd
EM
enrichi
croûte continentale
87Sr/86Sr
16
Les composants sont bien visibles dans lespace
isotopique du plomb
HiMu
C FOZO
EM
208Pb/204Pb
DM
206Pb/204Pb
17
Le composant commun semble porter lhélium
primordial
18
La cohérence des données
Hofmann (1997)
19
La cohérence des données
Hofmann (1997)
20
Largument du 40Ar en faveur de la convection à 2
couches
(K/U) ü10 000 Uü 21 ppm 40K?40Ar
40 de l40Ar
Allègre et al. (1996)
50 de l40Ar
Point faible le rapport K/U de la Terre nest
pas connu avec certitude
21
3He/4He dans le manteau
Manteau primitif 100 Ratm Source des OIB 25
Ratm Source des MORB 8 Ratm
22
La croissance radioactive de 4He
ou
(T âge géologique) la pente de la courbe
dévolution du rapport 4He/3He est
proportionnelle au rapport 238U/3He
23
Croissance radioactive de 4He et dégazage
dégazage
24
Le néon solaire dans le manteaupreuve quil
nest pas totalement dégazé
nucléosynthèse
18O(a,n)21Ne
Graham (2002)
25
Albarède et Van der Hilst (2002)
26
Recyclage de matériel magmatique altéré à basse
température dans les basaltes dHawaii
Fractionnement magmatique ancien
Fractionement de basse température
27
Interaction entre la croûte océanique et leau
de mer (ophiolites dOman)
Fractionnementmagmatique(Re et Rb sont plus
incompatibles que Sr et Os)
0
5.2
d18O
87Rb/87Sr and 187Re/188Os
croûte supérieure (basaltes)
élevé
300C
croûte inférieure (gabbros)
faible
Moho
eau de mer
profondeur
manteau supérieur
700C
très faible
28
Kellogg et al. (1999)
29
Etirement par la convection
30
Le brassage convectif chaotiquele marble-cake
et autres
31
Dispersion du matériel primordial par la
convection
Xie et Tackley (2004)
32
Les nouveaux spectromètres de masse permettent
daugmenter considérablement la production de
données isotopiques
33
Le signal du rapport 3He/4He nest pas cohérent
avec celui des autres systèmes isotopiqueslIsla
nde est certainement un panache dorigine
profonde mais les autres?
(Graham, 2002)
34
Les anomalies géochimiques régionales
Castillo (1988)
35
Lanomalie sismique sous lAfrique du Sud
Helmberger et al. (2000)
36
Quand ce mode de fonctionnement a-t-il été
inventé?
37
(No Transcript)
38
Evolution isotopique du Nd dans le manteau
eNd déviation du rapport 143Nd/144Nd par rapport
à la référence chondritique
39
La vision de lartiste
40
La collision avec la proto-Lune est le dernier
impact qui a modifié létat thermique de la Terre
Canup (2004)
41

• Le chauffage par lénergie gravitationnelle
  (impacts) est très fort pour le manteau supérieur
• Ajouter 1500 K pour la ségrégation du noyau
• Leffet des radioactivités éteintes (26Al et
  60Fe) est considérable

42
La premiè croûte continentale
Zircons à 4404 8 Ma (Wilde et al., 2002)
43
Les échelles de temps des processus planétaires
Nucléide stable
Production constante
Abondance du nucléide
Nucléide radioactif à longue période T1/2 gt 108a
faiblement abondant
Nucléide radioactif à vie courte éteint T1/2 lt
108a
14 Ga Début de la nucléosynthèse
0 Ga
4.56 Ga effondrement de la nébuleuse
Temps
44
La radioactivité éteinte 182Hf-182W (9 Ma) La
variation isotopique est sensible (1) au
fractionnement Hf/W (2) à son âge
1.8512
1.8511
silicate nébuleuse fer
1.8510
182W/183W
1.8509
1.8508
1.8507
1.8506
0 10 20 30 40
50 60 70
Temps (Ma)
45
Les isochrones des radioactivités éteintes
permettent de dater relativement les évènement
précoces qui ont affecté les planètes.
1.80512
1.80511
1.80510
182W/183W
1.80509
1.80508
1.80507
1.80506
0 1 2
3 4 5
nébuleuse
180Hf/183W
Noter le point représentant la nébuleuse
appartient à chaque isochrone
46
Lischrone 182Hf-182W et la formation du noyau
de la Terre
D t 29.5 Ma
Symboles pleins roches totales Symboles vides
fractions silicatées
Yin et al. (2002)
47
Le chronomètre 146Sm-142Nd
146Sm ? 142Nd T1/2 103 Ma
Fractionnement Sm/Nd à 250 Ma
146Sm/144Sm
142Nd/144Nd
Temps Ma
48
Le manteau Archéen à 3,8 Ga
Pillow-lavas (metabasaltes) Amphibolites Metaga
bbros
5010
6507.5
0
2
Nutman, 1986
49
Isua les anomalies de 142Nd
0.32 0.12
0.29 0.12
e142Nd
0.28 0.11
Nodules modernes (référence)
Sud
Ouest
Boyet et al. (2003)
50
Les anomalies de 142Nd donnent un âge très
précoce au fractionnement du rapport Sm/Nd
15 ppm
30 ppm
50 ppm
51
La première lithosphère banquise
52
(No Transcript)
53
Une filiation difficile à contester