Holocene eruption history and magmatic evolution of the subglacial volcanoes, Grimsvötn, Bárdarbunga and Kverkfjöll beneath Vatnajökull, Iceland

par Bergrun Arna Oladottir

Thèse de doctorat en Géochimie. VolcanologieGéochimie. Volcanologie

Sous la direction de Olgeir Sigmarsson et de Guorun Larsen.

Soutenue en 2009

à Clermont-Ferrand 2 en cotutelle avec Háskóli Islands .


  • Résumé

    Dans le but d'étudier l'activité volcanique et l'évolution magmatique des volcans sous-glaciaires de Grimsvötn, Bárdarbunga et Kverkfjöll, des téphras ont été systématiquement échantillonnés au sein de profils établis dans les sols autour du glacier de Vatnajökull en Islande. La composition en éléments majeurs de 921 échantillons de téphra a été analysée par microsonde, ce qui a permis, par comparaison avec la composition chimique des différents produits émis par ces systèmes volcaniques, de déterminer leur provenance. Les nouveaux résultats indiquent 3 groupes de composition distincts, présentant chacun des variations cohérentes avec une évolution cotectique. Si l'identification de ces groupes améliore la distinction compositionnelle entre les produits émis par les 3 systèmes volcaniques étudiés, une légère superposition des compositions demeure néanmoins entre ces différents groupes. L'analyse in situ des teneurs en éléments traces par ICP-MS à ablation laser permet toutefois d'affiner leur distinction. Ensemble, l'analyse des teneurs en éléments majeurs et traces permet d'améliorer significativement l'identification de la provenance des téphras basaltiques holocène qui peuvent avoir des compositions en éléments majeurs similaires autour de Vatnajökull. Régionalement, les profils étudiés dans les sols sont corrélés les uns avec les autres en utilisant des niveaux de téphras marqueurs clefs, et les unités intermédiaires sont corrélées grâce à des outils stratigraphiques et à leur composition chimique. Approximativement, 70% des couches de téphras viennent de Grimsvötn, Bárdarbunga ou Kverkfjöll. La fréquence éruptive de Grimsvötn indique que c'est le système volcanique le plus actif, suivi de Bárdabunga. En revanche, Kverkfjöll présente une activité épisodique avec des périodes de repos supérieures au millier d'années. La diminution de la fréquence éruptive observée il y a 2000-5000 ans dans les 3 systèmes volcaniques, est liée à une diminution de l'activité volcanique et non à des facteurs environnementaux. Pendant la préhistoire, une différence d'âge de 1000-3000 ans a été observée entre les pics d'activité à l'aplomb du panache mantellique (Grimsvötn et Bardarbunga) et les pics d'activité des volcans localisés au sud-ouest, dans la partie hors-rift de la Zone Volcanique Est (ZVE ; e. G. Kalta). Ceci suggère qu'une importante augmentation de l'activité volcanique dans cette partie du ZVE est attendue dans un futur proche car la fréquence éruptive maximum a été observée il y a 1000-2000 ans à Grimsvötn et Bárdarbung. L'évolution magmatique des 3 systèmes volcaniques étudiés est contrôlée par les processus de cristallisation fractionnée et de contamination crustale. Les teneurs en éléments traces indiquent des minéralogies similaires dans les différentes sources magmatiques sous les 3 volcans. Ceci permet alors d'accéder aux conditions relatives de fusion partielle du manteau source : Bárdarbunga à l'aplomb du centre du panache mantellique islandais produit des basaltes issus de plus forts degrés de fusion alors que les plus faibles degrés de fusion sont atteints sous Kverkfjöll, plus loin du centre du panache. Une source magmatique profonde semble avoir joué un rôle important dans l'activité de Grimsvötn et Bárdarbunga, avec un système de sills et dykes plus actif sous le système volcanique de Grimsvötn pendant la période de plus forte fréquence éruptive. Ce système a évolué en chambre magmatique il y a environ 1000 ans, ce qui explique les plus faibles fréquences éruptives observées à cette période. Un lien direct semble lié la fréquence éruptive à l'architecture de la chambre magmatique. Les variations de composition des basaltes issus de Grimsvötn et Bárdarbunga sont consistantes avec la présence d'une chambre magmatique active en profondeur


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  • Détails : 1 vol. (131 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.122-131

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