Les isotopes de l'hafnium dans les TTG et leurs zircons : témoins de la croissance des premiers continents

Hafnium isotopes in TTGs and their zircons : witnesses of the growth of first continents

• Auteur / Autrice : Martin Guitreau
• Direction : Janne Blichert-Toft, Hervé Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 08/06/2012
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Coltice
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janne Blichert-Toft, Hervé Martin, Nicolas Coltice, Randall Richardson Parrish, Klaus Mezger, Minik Thorleif Rosing
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Randall Richardson Parrish, Klaus Mezger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Archéen

Zircons

Mots clés libres

Croissance crustale

Archéen

TTG

Zircons

Lu-Hf

Crustal growth

Archean

TTG

Zircons

Lu-Hf

Résumé

Ce travail de thèse présente des analyses isotopiques Lu-Hf par MC-ICP-MS combinées de zircons ignés et de roches totales d’une importante collection de granitoïdes archéens appartenant à la suite des Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite (TTG) afin d’apporter un regard nouveau sur la croissance de la croûte continentale et tout particulièrement dans le début de l’histoire de la Terre. Nos données indiquent un bon accord général entre les zircons ignés, mesurés par ablation-laser et par solution, avec leurs roche-hôtes. Nous démontrons que le rapport Lu/Hf intégré dans le temps de la source mantellique des TTG est près de la valeur chondritique et n’a pas significativement changée au cours des 4 derniers milliards d’années. Par conséquent, les continents se sont formés à partir d’un matériel primitif non fractionné extrait du manteau profond par l’intermédiaire de panaches qui après fusion partielle ont laissés un résidu appauvri dans le manteau supérieur. Les cristaux de zircon extraits des TTG ont des compositions isotopiques en Hf cohérentes au sein d’une même population alors que le système U-Pb, dans les mêmes grains, est souvent perturbé résultant ainsi en l’obtention de valeurs d’εHf initial erronées. Ce problème est endémique aux cristaux de zircon détritiques archéens et en accord avec des résultats expérimentaux sur la mobilité préférentielle de l’Hf en fonction de celle de l’U et du Pb au sein du zircon. Nous suggérons que ce problème biaise l’enregistrement détritique archéen en faveur de valeurs d’εHf initial négatives qui contrastent avec les valeurs obtenues pour les TTG mais peuvent être expliquées par l’utilisation d’âges 207Pb/206Pb non-magmatiques. Si l’on considère les cristaux de zircon de Jack Hills au vu de ces résultats, la source des continents serait restée inchangée depuis 4,3 Ga.

This PhD thesis presents combined whole-rock and single zircon MC-ICP-MS Lu-Hf isotope data for a large collection of Archean granitoids belonging to typical Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite (TTG) suites. The data were collected in an attempt to shed new light on early crustal growth. Our data display overall good agreement between Hf isotope compositions of igneous zircons, measured by both laser-ablation and solution chemistry, and their host-rocks. It is shown that the time-integrated Lu/Hf of the mantle source of TTGs is near-chronditic and has not significantly changed over the last 4 Gy. Continents therefore most likely grew from nearly primordial unfractionated material extracted from the deep mantle via rising plumes that left a depleted melt residue in the upper mantle. Zircons extracted from the analyzed TTGs have Hf isotopic compositions broadly consistent within populations, whereas the U-Pb system in the same grains is often disturbed, causing spurious initial εHf values. This problem is endemic to the Archean detrital zircon record and consistent with experimental results bearing on the relative retentivity of Hf vs. U and Pb in zircon. We argue that this behavior biases the Archean zircon record towards negative εHf values, which are at odds with the present TTG data set but can be explained by zircons having non-magmatic 207Pb/206Pb ages. If the Hadean Jack Hills zircons are considered in light of these results, the mantle source of continents has remained unchanged for the last 4.3 Gy.