Abondance et signification de l’eau dans les magmas mafiquesDéveloppement de la spectroscopie vibrationnelle (Raman et FTIR)
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Water has a major effect on the properties of magmas. Melt inclusion hosted in minerals is very usefull to quantify the pre-eruptive content of water in magmas. However, many studies dedicated to water in the melt inclusions have demonstrated 1) the necessity of having a large dataset to decipher the magma water evolution and 2) that post-tapping processes may affect their original signature. In this work, we sought to use the micro-Raman spectroscopy for quantitative analyses of water in silicate melts, a method with a good spatial resolution suitable for the study of small-sized melt inclusions. A large part of this manuscript is dedicated to the development of the Raman spectroscopy. We propose a method which allows to control, quantify and predict the matrix effects that affect the water content determination. This method has been tested on a large range of natural compositions (melt inclusions) from trachy-andesite to basalt and basanite and validated with an infrared spectroscopy comparison. The new molar absorptivity coefficients determined for mafic composition and literature data allow us to identify the evolution of this coefficient with composition. Then, we have specifically studied the water significance in basanitic melt inclusions trapped in olivine from products of La Sommata cone (Vulcano, Aeolian Arc). After a sampling field work, an accurate study of major and volatiles elements in melt inclusions and of the chemistry of their host mineral have been performed in natural state and after heating experimentation (1200-1275°C) at 1 atmosphere. The chemical and isotopic results (δD) show the melt inclusions reliability to trace the primary and hydrated nature of arc-magmas, when the history of crystallisation is simple.
Abstract FR:
L’eau joue un rôle majeur sur les propriétés des magmas. L’inclusion vitreuse piégée dans le minéral est un outil puissant pour quantifier son abondance dans les magmas aux stades pré-éruptifs. Cependant, de nombreuses études consacrées à l’analyse de l’eau dans les inclusions vitreuses font apparaître 1) la nécessité d’avoir une large base de données pour interpréter son évolution au cours de la remontée des magmas vers la surface et 2) les évolutions post-piégeages que peuvent subir les inclusions et affectant leur signature initiale. Dans ce travail nous avons cherché quantifier l’eau par micro-spectroscopie Raman dont la résolution spatiale est bien adaptée à l’étude des inclusions. Une large partie de la thèse est consacrée au développement de la spectroscopie Raman. Nous proposons une méthode permettant de comprendre, contrôler et quantifier les différents effets de matrice pouvant affecter les procédures d’analyse quantitative de l’eau. Cette méthode a ensuite été testée sur des inclusions vitreuses de composition variable (trachyandésite, basalte, basanite) et validée par une comparaison avec la spectroscopie infrarouge. Les nouveaux coefficients d’absorptivité infrarouge déterminés pour les compositions mafiques couplées aux données de la littérature nous ont aussi permis d’identifier l’évolution de ces coefficients en fonction de la chimie des verres. Nous avons ensuite étudié spécifiquement la signature des teneurs en eau dissoutes des inclusions, de composition basanitique, piégées dans les olivines des produits de La Sommata (Vulcano, arc Eolien). Après une campagne d’échantillonage, nous avons réalisé une étude fine de la composition (éléments majeurs et volatils dissous CO2, S, Cl) des inclusions et de leurs olivines hôtes à l’état naturel ou soumises expérimentalement à de hautes températures (1200 et 1275°C) à 1 atmosphère. Les résultats chimiques et isotopiques (δD) démontrent la fidélité de ces inclusions pour tracer le caractère primaire et hydraté de ces magmas basanitiques lorsque l’histoire de cristallisation est simple.