Notion de tri géochimique

LES TRIS GEOCHIMIQUES
Trier : v.t. Choisir dans un ensemble, séparer du reste, répartir
suivant la qualité, le genre, etc.
La géochimie a pour objectif la connaissance des cycles par
lesquels la plupart des éléments chimiques sont conduits
alternativement en surface et en profondeur au sein de la Terre
(définition Wikipedia)
Eric MESTRE –Tris géochimiques
Mercredi 23 novembre 2016
PROBLEMATIQUE ET ANNONCE DU PLAN
Au cours de quels processus géologiques ont lieu des tris,
des ségrégations entre éléments ou minéraux ?
Des changements d’état  des ségrégations entre éléments ou isotopes d’un même élément.
-
La géologie interne : fusion partielle, qui entraîne un fractionnement des éléments :
•
•
-
Aspect élémentaire et minéralogique : première partie
Aspect isotopique : seconde partie.
La géologie externe : cycle de l’eau et ségrégation isotopique de l’oxygène = troisième partie
Eric MESTRE –Tris géochimiques
Mercredi 23 novembre 2016
PROPOSITION DE PLAN DETAILLE
1. Un tri à l’échelle des minéraux et des éléments : le magmatisme
1.1. Comparaison minéralogique basalte-lherzolite-harzburgite
1.2. Les éléments majeurs
1.3. Les éléments traces
1.4. La cristallisation fractionnée
2. Magmatisme et isotopes : l’exemple des couples Rb/Sr et Sm/Nd
2.1. Les rapports isotopiques échantillonnés
2.2. Le comportement de Rb, Sr et leurs isotopes
2.3. Désintégration de 87Rb et conséquences
2.4. Le manteau, un réservoir bien mélangé ?
3. Tri isotopique et cycle de l’eau : exemple de 18O
3.1. Définition du d18O
3.2. Les données
3.2.1. Glaces de l’Antarctique
3.2.2. Eaux de mer et Foraminifères
3.2.3. Susceptibilité magnétique du lœss
3.3. Modèle explicatif des variations de d18O
3.4. Milankovitch et variations de l’énergie reçue sur Terre
3.5. La nécessité d’un continent polaire : exemple au Miocène
3.6. Il existe aussi un tri géochimique du carbone
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Mercredi 23 novembre 2016
1. Un tri à l’échelle des minéraux et des éléments : le magmatisme
1.1. Comparaison minéralogique basalte-lherzolite-harzburgite
1.2. Les éléments majeurs
1.3. Les éléments traces
1.4. La cristallisation fractionnée
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Mercredi 23 novembre 2016
COMPOSITIONS CHIMIQUES
ET MINERALOGIQUES
Comparaison
élémentaire du
manteau fertile,
de deux
basaltes et du
résidu appauvri.
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PRINCIPE DU FRACTIONNEMENT ELEMENTAIRE ET
TAUX DE FUSION
masse de liquide
Tf 
masse totale initiale
On peut en déduire que :
%massique de X dans le solide initial
Tf 
* Cx
%massique de X dans le liquide
Si on prend Cx=1 pour le potassium, on peut calculer
Tf dans le cas précédent
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PRINCIPE DU FRACTIONNEMENT
MINERALOGIQUE : DIAGRAMMES BINAIRES
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ELEMENTS TRACES, MANTEAU SOURCE ET TAUX
DE FUSION
Abondances normalisées des éléments traces de plusieurs laves en
fonction de leurs incompatibilités décroissantes
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UN NOUVEAU TRI GEOCHIMIQUE, LA
CRISTALLISATION FRACTIONNEE
Analyses minéralogiques des roches CP 1 à 7
Analyses élémentaires
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CONCLUSION : LA FUSION PARTIELLE DU MANTEAU,
UN TRI GEOCHIMIQUE VERTICAL
MANTEAU : Péridotite
CROUTE OCEANIQUE : Basalte
%pondéraux
Péridotite
(Lherzolite)
SiO2
45.3
SiO2
50.68
Al2O3
3.6
Al2O3
15.6
FeO
7.3
FeO
9.85
MgO
41.3
MgO
7.69
CaO
1.9
CaO
11.44
Na2O
0.2
Na2O
2.66
K2O
0.1
K2O
0.17
%pondéraux
MORB
Atlantique
Migration des incompatibles vers la croûte, enrichissement en
compatibles du manteau supérieur = MANTEAU APPAUVRI
Baisse de la densité (3,3  2,9)
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2. Magmatisme et isotopes : l’exemple des couples Rb/Sr et Sm/Nd
2.1. Les rapports isotopiques échantillonnés
2.2. Le comportement de Rb, Sr et leurs isotopes
2.3. Désintégration de 87Rb et conséquences
2.4. Le manteau, un réservoir bien mélangé ?
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LES RAPPORTS Rb/Sr ET Sm/Nd DES
BASALTES ACTUELS
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EVOLUTION TEMPORELLE DES RAPPORTS
Géochronomètre Rb/Sr. On
rappelle que :
1. la croûte continentale est
extraite du manteau il y a
environ 4.109 années
2. la croûte océanique
actuelle est issue du
manteau supérieur
appauvri et vieille de
moins de 180.106 années
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EVOLUTION TEMPORELLE ET RAPPORTS ACTUELS DES
RESERVOIRS : LES CROUTES
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LE MANTEAU, RESERVOIR MELANGE ?
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3. Tri isotopique et cycle de l’eau : exemple de 18O
3.1. Définition du d18O
3.2. Les données
3.2.1. Glaces de l’Antarctique
3.2.2. Eaux de mer et Foraminifères
3.2.3. Susceptibilité magnétique du lœss
3.3. Modèle explicatif des variations de d18O
3.4. Milankovitch et variations de l’énergie reçue sur Terre
3.5. La nécessité d’un continent polaire
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FORMULE DE d18O ET SIGNIFICATION
d18O =
18O/16O
échantillon
18O/16O
-1
X 1000
standard
Standard = SMOW
(Standard Mean Ocean Water = eau de mer moyenne actuelle
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LES DONNEES : GLACES DE
L’ANTARCTIQUE
Evolution à différentes échelles temporelles de d18O des glaces de l’Antarctique
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LES DONNEES : FORAMINIFERES ET
COURBE DE TEMPERATURE
variations du
rapport
isotopique de
l’oxygène,
calculées à
partir des
Foraminifères
océaniques
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Fixation du test carbonaté des Foraminifères,
isotopes de l’oxygène et température
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FORAMINIFERES BENTHIQUES ET
PLANCTONIQUES
Comparaison des évolutions des isotopes de l’oxygène dans les Foraminifères benthiques et planctoniques.
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UNE DONNES INDEPENDANTE : LA SUSCEPTIBILITE
MAGNETIQUE DU LOESS
Comparaison de la susceptibilité magnétique du lœss de deux provinces chinoises avec la courbe
des isotopes de l’oxygène tracée à partir de plusieurs carottes océaniques
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MODELE DYNAMIQUE EXPLICATIF
Forcément simpliste…
Précipitations polaires : d18O atteint
environ -40 0 00
A force de perdre de l’eau par
précipitations, d18O des masses d’air
baisse jusqu’à -30 0 00
Les masses d’air se déplacent vers les
hautes latitudes : d18O baisse encore
Evaporation tropicale : d18O = -2 0
00
Océan tropical : d18O = 0
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CYCLES DE MILANKOVITCH
Eric MESTRE –Tris géochimiques
Variations calculées d’énergie reçue par la Terre
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UN CONTINENT POLAIRE NECESSAIRE
Ouverture Antarctique-Australie (Crétacé) et mise en place d’une circulation circumpolaire
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CONCLUSION
• Tris géochimiques lors des changements d’état
• Cela concerne aussi bien le magmatisme que le
cycle de l’eau
• Ségrégation élémentaire voire isotopique : notion
de fractionnement
• Formation de réservoirs aux compositions bien
différentes
• Réservoirs plus (océans) ou moins (manteau) bien
mélangés
Eric MESTRE –Tris géochimiques
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