Les systèmes d'altération et la genèse des sols dans les pyroclastes de l'île de Trindade, Atlantique sud

Sistemas de alteração e gênese de solos em piroclastos da ilha de Trindade, Atlântico sul

• Auteur / Autrice : Ana Carolina Campos Mateus
• Direction : Sabine Petit, Angélica Fortes Drummont Chicarino Varajão
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et évolution de la terre et autres planètes
• Date : Soutenance le 19/02/2020
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université Fédérale d'Ouro Preto, Brésil
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, écologie, géosciences et agrosciences Théodore Monod (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....) - Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers / IC2MP
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Edgar Batista Medeiros Junior
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Petit, Angélica Fortes Drummont Chicarino Varajão, Patricia Patrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Joussein, Jérémie Garnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Andosols

Pyroclastites

Roches volcaniques

Îles -- Brésil

Mots clés libres

Île de Trindade

Roche volcanoclastique

Palagonite

Iddingsite

Andosols

Trindade island

Volcanoclastic rocks

Palagonite

Iddingsite

Andosols

Résumé

Cette étude visait à déterminer les caractéristiques d'altération comprenant la genèse et la formation de sols sur les pyroclastes de l'Île de Trindade (IT), Atlantique Sud, Brésil. Les échantillons ont été prélevés au Vulcão do Paredão de l'Holocène (profil P1) et dans la Formation Morro Vermelho du Quaternaire ancien (profils P2, P3 et P4). Les pyroclastes de P1 et P2 sont dépôts de brèches volcaniques, tandis que P3 est un dépôt de lapilli. P4 présente des fragments de roches avec une composition minéralogique différente des autres profils suggérant un autre événement de dépôt de bombes pyroclastiques. Les éruptions associées peuvent être considérées comme stromboliennes. Analyse au microscope optique soutenue par la diffraction des rayons X indiquent un mélange de biotite, de goethite, d'ilménite, d'anatase, de magnétite, d'hématite, de pyroxènes, de zéolites et d'olivine comme minéraux principaux. La microscopie optique montre un sidéromélane qui se transforme en palagonite, indiquant une éruption phréato-magmatique. La microscopie infrarouge dans les zones palagonitisées a identifié l’halloysite, probablement issue de l'altération du sideromélane. Les amygdales et les microfractures sont partiellement ou totalement remplies de zéolites, formées par la percolation de l'eau qui réagit avec la palagonite et la précipitation des éléments chimiques du fluide hydrothermal. Les magnétites-Ti et l’iddingsite sont observées dans les fractures et en bordure des olivines. La progression de l'altération dans le profil du sol, se manifeste par la présence de reliques d'olivine ou sa transformation totale dans les horizons supérieurs, et montre que l'altération est le processus principal de formation des iddingsites. Certaines magnétites-Ti sont zonées avec un enrichissement en Cr au centre, suggérant une origine mantellique. L'augite et le diopside expliquent les teneurs élevées en éléments traces. Les données géochimiques montrent que les pyroclastes sont ultrabasique et föiditique. Les sols de P1 et P2 comportent, respectivement, les horizons A, Bi, C et un A érodé, C, tandis que P3 et P4 sont constitués des horizons A et C. Les sols montrent une matrice argileuse rougeâtre et brunâtre et sont friables avec une consistance plastique. Leurs microstructures sont granulaires, simples microaggrégats de grains et d'intergrains et, les aggrégats sont indifférenciés. Les constituants minéralogiques de la roche sont la biotite, l'hématite, la magnétite, l'ilménite, les pyroxènes, l'olivine, l'halloysite, la goethite, l'anatase et le rutile. La fraction argileuse est marquée par la présence d'halloysite, de ferrihydrite et de petites quantités d'allophane. Tous les sols peuvent être classés comme Andosols non-allophaniques. La prédominance de l'halloysite suggère que l'allophane serait une phase intermédiaire issue de l’altération rapide du sidéromélane favorisée par les conditions climatiques de l’IT. La géochimie totale montre que dans tous les profils Al, Fe et Ti s'accumulent en raison de leur faible mobilité et que Ca, Na, K et Mg sont les plus intensément lixiviés. Les profils des altitudes inférieures présentent des valeurs en K et Mg plus élevées dans l'horizon A en raison de l'influence des projections salines et de dépôt d'éléments chimiques des niveaux supérieurs. Pour P1 et P3, les éléments Ti, Mn, Fe, Co, Cr, Ni, V, Zr, S ont été enrichis dans les sols et leurs concentrations relatives sont liées à perte d'éléments mobiles pendant le processus de formation du sol. Zn et Cu se concentrent sur un horizon A de profils P3 et P4 avec une concentration plus élevée de matière organique et des fragments de pyroclastes inaltérés. Le lixiviation des terres rares de haut vers la pente inférieure a conduit à l'enrichissement de ces éléments, en particulier des terres rares légers, dans un sol à basse altitude. Le profil de haute altitude a montré une anomalie positive en Ce due à une exposition plus longue aux intempéries.

This study aimed to characterize the alteration features comprising the genesis and formation of soils on pyroclasts of Trindade Island (TI), South Atlantic, Brazil. Collections of samples were made at the Holocene Paredão volcano (Profile P1) and the Late Quartenary Morro Vermelho Formation (profiles P2, P3 and P4). The pyroclasts of P1 and P2 are volcanic breccia deposit, whereas of P3 is a lapilli deposit. P4 presents fragments of rocks with mineralogical composition different from other profiles suggesting another event of deposition of pyroclastic bombs. The eruptions associated can be regarded as strombolians. Optical microscope supported by X-ray diffraction analysis revealed a mixture of biotite, goethite, ilmenite, anatase, magnetite, hematite, pyroxene, zeolites, and olivine as their main mineral components. Petrologic analysis shows sideromelane that changes to palagonite, indicating a phreatomagmatic eruption. Infrared analyses in the palagonitized regions revealed the presence of halloysite, suggesting alteration of sideromelane to tubular clay minerals. Amygdales and microfractures are partially or totally filled with zeolites, which are formed by the percolation of water that reacts with the palagonite and precipitation of chemical elements of hydrothermal fluid. Iddingsite and Ti-magnetites occur in the fractures and edges of the olivine. The advance of the alteration towards the soil profile, leaving only relicts of olivine or reaching their total transformation in the upper horizons, shows that weathering is the main process of iddingsite formation. Some Ti-magnetites are zoned with Cr-rich core and Cr-poor edge, suggesting a mantelic origin. The augite and diopside explain the high trace elements contents. Geochemical data show that the pyroclasts are plotting in the ultrabasic and foidites. The soils of P1 and P2 show, respectively, A, Bi, C and decapitated A, C horizons; and P3 and P4 show A and C horizons. The soil profiles show a reddish and brownish clayey matrix and are friable with a plastic consistency. Their microstructures are granular, simple grain and intergrain microaggregate and, the aggregates show undifferentiated b-fabric. The mineralogical constituents of the bulk fraction are biotite, hematite, magnetite, ilmenite, pyroxene, olivine, halloysite, goethite, anatase and rutile. The clay fraction is marked by presence of halloysite, ferrihydrite and little amounts of allophane. All soils can to be classified as non-allophanic Andosols. The predominance of halloysite formed by alteration of sideromelane, suggests that allophane would be an intermediate phase of this rapid transformation favored by climate conditions of the TI. Total geochemistry showed that in all profiles Al, Fe and Ti accumulate due to their low mobility and Ca, Na, K and Mg are the most intensely leached. The profiles located at the lower quotas have higher K and Mg values in A horizon due to the influence of salt sprays and the deposition of chemical elements from the higher regions. Ti, Mn, Fe, Co, Cr, Ni, V, Zr, S were enriched in soil profiles P1 and P3 due to loss of mobile elements during the soil formation process. Zn and Cu concentrate on A horizon of profiles P3 and P4 with higher concentration of organic matter and fragments of unaltered pyroclasts. Leaching of the rare earth elements from higher to the lower slope led to the enrichment of these elements, especially the light rare earth elements, in the low-lying soil. The high-altitude profile showed Ce positive anomaly due to longer exposure to weathering.