Concentration et composition isotopique en hydrogène du manteau terrestre

Concentration and isotopic composition of hydrogen in earth's mantle

• Auteur / Autrice : Matthieu Clog
• Direction : Pierre Cartigny, Cyril Aubaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Terre -- Manteau

Isotopes stables

Hydrogène

Résumé

Contraindre la concentration et la composition isotopique de l'hydrogène dans le manteau terrestre apporte des informations cruciales sur le cycle global de l'eau et la nature des hétérogénéités mantelliques. Dans ce but, les bordures vitreuses des basaltes sont les échantillons les plus adaptés Lors de cette étude, 170 échantillons provenant de 4 rides océaniques et 2 points chauds ont été analysés pour leurs concentrations en eau et leur δ D. Au cours de ce travail, un biais analytique lié à l'utilisation de creusets en platine pour extraire le éléments volatils a été mis en évidence. L'utilisation de tubes en silice a donc été préférée. Les δD re-mesurés sur des échantillons précédemment analysés avec des creusets en platine sont en moyenne 15%o plus élevés. Le δ D et le rapport H2O/Ce présentent des hétérogénéités régionales et locales et constituent de traceurs de source. La source des basaltes de ride contient 175+/-70 ppm d'eau, et pour un S8\deltaSD de -61+/-6%o. Les MORB de l'océan Atlantique sont plus riches en eau (~250ppm in thé source) et en D ( δ D—57%o) que ceux de la dorsale Sud-Est Indienne (140 ppm et -63%o en moyenne), illustrant des processus de mélange différents également vus à travers les rapports Pb/Ce. L'étude de la dorsale Sud-Ouest Indienne a montré que δ D et H2O/Ce sont des traceurs du métasomatisme. Les concentrations en eau dans les sources des E-MORB et des OIB sont plu élevées et plus variables (entre 250 et 700 ppm). Les sources enrichies en eau et en élément incompatibles ont des δ D qui couvrent une gamme aussi large que celle des N-MORB (allant d -70 à -40%o). La confrontation avec les compositions isotopiques du néon et de Pb, Sr et Nd montre que le réservoir contenant des gaz rares primitifs est vraisemblablement pauvre en eau, et donc distinct du FOZO. Par conséquent, il est possible de recycler efficacement de l'eau sans en changer la composition isotopique en hydrogène dans certaines zones de subduction.

Constraining the concentration and isotopic composition of hydrogen in Earth's mantle brings crucial insights on the global water cycle and the nature of mantle heterogeneities. For this purpose, glassy rims of basalts are the best samples. In this study, 170 samples from 4 oceanic ridges and 2 hotspots were analysed for water content and ô D. During this work, we showed that using platinum crucibles to extract the volatiles was the cause of an analytical bias in earlier data. The use of silicate tubes was thus prefered. δ D re-measured on samples previously analyzed using platinum crucibles are, on average, 15%o higher. The δ D and the H2O/Ce ratio are hétérogeneous, both between areas and locally, and caracterize the sources. The source of N-MORB contains 175+/-70 ppm of water and has a δ D of -61+/-6%o. MORB from the Altantic ocean are richer in water (-250 ppm in the source) and D ( δ D—57%o), than those from thé South-East Indian (H2O~140 ppm and δ DS\simS-63%o), illustrating different mixing processes, also seen through the Pb/Ce ratios. The study of the MORB from the South-West Indian ridge showed that δ D and H2O/Ce are sensitive to metasomatism. The concentrations of water in E-MORB and OIB sources are higher and more variable (from 250 to 700 ppm). The ô D of water- and incompatible elements-enriched sources range from -70 to -40%o, showing as much variations as depleted sources. Confrontation with the isotopic compositions of Ne, Pb, Sr and Nd shows that the resevoir containing the primitive rare gases cannot be water-rich, and is thus different from the FOZO. Therefore, efficient recycling of water with no modification of its isotopic composition in hydrogen at subdcution zone can occur at some subduction zones.