L`eau dans le manteau terrestre : le message des basaltes La

L'eau dans le manteau terrestre : le message des basaltes
La plupart des magmas qui s'épanchent à la surface de la Terre ou au fond des océans sont issus du manteau et
contiennent de l'eau. Au niveau des dorsales océaniques les basaltes se refroidissent quasi instantanément au
contact de l'eau de mer.
Préliminaire : Quelles sont les conséquences d'une telle mise en place sur la structure des roches ?
L'éruption a lieu sous une tranche d'eau de l'ordre de 1000 à 3000 mètres (soit à des pressions de 100 à 300
bars). A ces pressions, l'eau reste dissoute dans le magma qui ne subit pas de dégazage. Les mesures de la
teneur en eau du basalte sont donc représentatives de celle du magma avant éruption.
Nous allons utiliser ce fait pour déduire une concentration en eau du manteau supérieur de la Terre.
Un basalte de dorsale océanique "frais", non altéré par l'eau de mer, contient de 0, l %
à 0,25 % en poids (%pds) de H2O. On dit l'eau est un composant "incompatible".
1) Expliquer ce qualificatif.
C0, CL et CS sont respectivement les concentrations massiques (en % poids) de H2O dans la roche source, dans
le magma et dans la roche résiduelle. F est le taux de fusion, c'est à dire le rapport entre la masse du magma
produit et la masse de lapéridotite à l'origine du magma.
2) Montrer que dans le cas d'une fusion de roche, un bilan de masse conduit à la relation suivante
C0=FCL+(1 - F)CS.
3) En introduisant le coefficient de distribution de H2O entre magmas et solide résiduel
D=CS/CL, montrer que l'expression précédente s'écrit : C0 = [D + F(1-D)]CL
Des expériences de laboratoire montrent que F varie entre 0,05 et 0,2, que D est de l'ordre de 4.10-4. D'autre part
la teneur en H2O des basaltes est connue (0,10 à 0,25 % pds)
4) Estimer une fourchette pour la concentration massique d'eau dans les péridotites à l'origine de
ceux-ci. Exprimez les résultats en parties par million (ppm) en poids.
La quantité de H2O dans le manteau va dépendre du volume de manteau effectivement hydraté.
5) Calculez dans les deux cas extrêmes suivants des fourchettes pour la quantité d'eau présente dans
le manteau terrestre :
- seul le manteau supérieur est hydraté
- tout le manteau est hydraté
Comparez ces chiffres à ceux de la masse actuelle d'eau dans les océans 1,4 1021 kg
(On donne : masse manteau supérieur = l. 1024 kg; masse manteau total = 4 1024 kg)
6) Calculez la quantité d'eau extraite annuellement du manteau par le volcanisme des dorsales
océaniques sachant qu'il se fabrique actuellement environ 20 km3 de croûte océanique de masse
volumique 2900 kg/m3

L’EAU DANS MANTEAU TERRESTRE : LE MESSAGE DES BASALTES
EXO Fentes de rétraction des pillow lavas dues au refroidissement brutal, structure vitreuse en
périphérie et microlitique au cœur.
1 éléments ou molécules qui passent préférentiellement dans le liquide lors d'une fusion partielle
2 schéma Bilan masse d'H
2
O C
0
M = C
L
FM + C
S
(1-F)M
3 C
L
= C
S
/D d'où C
0
= FC
L
+ (1-F)DC
L
= [D+F(1-D)]C
L
4 fourchette entre 2,2 ppm et 2,32 ppm N.B. + la fusion est faible + le taux d'incompatibles est élevé
5 manteau sup seul hydraté : 2,2 10
18
à 2,32 10
18
manteau total 8,8 10
18
à 9,28 10
18
de 1/100 à 1/1000
du volume des océans !!!
6 20 km
3
= 20 10
9
m
3
donc 20 10
9
x2900 = 58 Gigatonnes. Donc fourchette entre 58 et 145 Mtonnes.