La convection mantellique : contraintes apportées par les isotopes stables du carbone et de l'azote dans les diamants du manteau inférieur

Mantle convection : constraints from carbon and nitrogen stable isotopes in lower mantle diamonds

• Auteur / Autrice : Médéric Palot
• Direction : Pierre Cartigny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Carbone

Terre -- Manteau

Diamants

Isotopes stables

Azote

Résumé

Le diamant est une opportunité unique d'échantillonner les parties les plus inaccessibles du manteau Les associations minéralogiques dans les diamants comme le grenat majoritique, la pérovskite calcique et magnésienne et l'ilménite manganifère + ferropériclase ont été reconnues comme provenant de la zone de transition (ZT) et du manteau inférieur. L'azote est potentiellement un bon traceur de la géodynamique interne. Les échanges entre un réservoir interne (caractérisé par des δ¹⁵N<0%o) via le dégazage au niveau des rides océaniques et un réservoir externe (caractérisé par des δ¹⁵N>0%o) via le recyclage au niveau des zones de subduction, aboutissent à un contraste isotopique en azote dans un manteau stratifié. Les gammes de variation en δ¹⁵N entre les diamants du manteau supérieur (MS) et inférieur (MI) son identiques avec respectivement des valeurs entre -8,8%o et +3,8%o, et -39,4%o à +9,6%o pour le diamants de Juina et Kankan. Ces résultats montrent qu'il y a de larges échanges de matériel à travers la discontinuité à 660km. La plupart des valeurs négatives en δ¹⁵N sont comprises dans la gamin mantellique actuelle à l'exception de 3 diamants de Kankan dont les valeurs atteignent -39,4%o. Ce valeurs très négatives en δ¹⁵N sont compatibles avec du matériel primordial et montre que le manteau a gardé des hétérogénéités. 5 diamants d'origine très profonde sont zones avec de grandes variations en ô¹³C, avec des partie ayant des valeurs en δ¹³C de la TZ locale. Ces diamants ont pu cristalliser dans le Ml et lors d'un remonté lente le long des cellules de convection se sont équilibrés dans la TZ, montrant ainsi un évolution de la composition isotopique en carbone.

Diamond provides a unique opportunity to sample parts of the mantle that remain unaccessible by any other means. Some mineral associations in diamond, such as majoritic garnet, Ça- and Mg-perovskite and Mn- ilmenite with ferropericlase have been recognised as originated from the transition zone down to the lower mantle. Nitrogen is potentially a good tracer for mantle geodynamics. Exchanges between an inner reservoir (characterised by ô¹⁵N<0%o) via degassing at oceanic ridges with an outer reservoir (characterised by δ¹⁵N>0%o) via recycling at subduction zones can lead to nitrogen isotopic contrast in a stratified mantle. There are broadly similar ranges of ô¹⁵N between upper (UM) and lower (LM) mantle diamonds from +3. 8%o down to -8. 8%o and from +9. 6%o down to -39. 4%o for respectively Juina and Kankan diamonds. Both sets of results suggests extensive material-isotopic exchange through the 660km discontinuity. Most of δ¹⁵N values are negative and in the present upper mantle range with the exception of 3 Kankan diamond values down to -39. 4%o. These very low 5¹⁵N are compatible with primitive material and provide evidence that mantle has kept heterogeneities. Five zoned super-deep diamonds demonstrate large δ¹³C variations with parts which are typical of their local transition zone δ¹³C value. Most likely these diamonds have initiated their growth in the LM and following slow uplift in a convective mantle have equilibrated in the TZ, and in doing so show an evolution in carbon isotopic composition.