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Thèse en géographie, soutenue le 2 décembre 2022 par Michelle Foley, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
Les plus grands événements éruptifs de type explosifs du registre géologique sont liés à des roches de compositions felsiques, telles que les super-éruptions caractérisant Yellowstone (USA) et Toba (Indonésie). Comprendre l’origine des volcans rhyolitiques à caractère explosif présente plusieurs intérêts :
- ils représentent une menace majeure pour notre sécurité,
- les centres volcaniques peuvent être une source d’énergie (géothermique) ainsi que des lieux privilégiés d’exploitation de métaux industriels ou précieux (or, cuivre, argent, fer).
Le but de cette thèse est d’améliorer nos connaissances sur les processus fondamentaux à l’origine de la création de grands volumes de magmas felsiques, notamment en raison de leur lien étroit avec la compréhension de la formation et de l’évolution de la croûte terrestre (continentale) au fil du temps.
La zone d’étude est la province ignée silicique jurassique de Chon Aike (CASP), où les roches volcaniques représentent plus de 235’000 km3 distribués à travers la Patagonie et la péninsule Antarctique. Le CASP est un exemple de magmatisme felsique où la fusion partielle (anatexie) de la croûte sédimentaire plus ancienne semble être un paramètre important quant à sa formation. Toutefois, cette hypothèse est fortement débattue en raison de la rareté des données. Par conséquent, j’ai étudié deux formations felsiques majeures dans le CASP de la Patagonie méridionale (Argentine) : le complexe d’El Quemado (EQC) et la formation de Chon Aike (CA) dans la partie occidentale du massif de Deseado. Ces formations sont constituées de dépôts d’ignimbrites et de coulées de lave de composition rhyolitique, et parfois de dacite.
J’ai combiné des données sur l’oxygène et les isotopes radiogéniques pour identifier les sources crustales et mantelliques dans la génération des magmas CASP. Mon travail montre que les minéraux étudiés, quartz et zircon, sont caractérisés par des compositions δ18O élevées et de données isotopiques négatives d’epsilon hafnium, ce qui suggère une composante crustale importante dans la genèse de ces magmas siliciques. Les modèles géochimiques indiquent que 60% à 70% des magmas générés proviendraient de la fusion partielle d’un socle métasédimentaire. Les modélisations thermodynamiques indiquent que la fusion crustale est limitée à une profondeur d’environ 20 km (5 kbar) et à une température de 900°C. Une contribution géochimique et thermique provenant de magma(s) basaltique(s) est encore nécessaire pour expliquer la géochimie observée et pour fournir une source de chaleur nécessaire à la production de grands volumes de roches felsiques. La contribution d’un plume mantellique a souvent été mentionnée suite à la proximité de la Patagonie et du continent Africain au Jurassique, soit durant la séparation du Gondwana. Toutefois, la formation de l’EQC and du CA serait mieux expliquée par un scénario impliquant un contexte de subduction.
Les échantillons de l’EQC ont des âges entre 148 et 152 Ma, tandis que les échantillons de la CA sont nettement plus anciens, soit environ 159 Ma. A l’aide des âges U-Pb de haute précision, il a été possible de démontrer que le volume de magmas explosifs composant l’EQC a fait éruption en moins de 350’000 ans. Ce rythme d’éruption rapide est similaire à celui des « ignimbrite-flareups » modernes observés dans la zone volcanique du Taupo (Nouvelle-Zélande) et du complexe volcanique de l’Altiplano-Puna (Chili).
En dernier lieu, l’utilisation de la tomographie par sonde atomique (APT), une technique relativement récente de caractérisation à l’échelle nanométrique de matériaux géologiques en 3D, a permis l’acquisition d’analyses élémentaires et isotopiques sur la dissolution et la croissance dans les zircons ignés. Les cartes chimiques à l’échelle atomique (3D) ont révélé une distribution complexe des éléments traces tels que Y, Be et P à l’échelle du nanomètre dans certains cristaux, mais dans l’ensemble, la distribution des éléments traces est remarquablement homogène, ce qui indique une limitation de la mobilité des éléments traces durant la fusion partielle.