Cratères à sols fracturés

Le Volcanisme dans le Système Solaire
Chloé Michaut
Institut de Physique du Globe de Paris
Volcan de la Soufrière Hills, Montserrat
Photo: A. Finizola, IPGP
Crédit Photo: OVPF - IPGP
Volcanisme terrestres très diversifié car la lithosphère est mobile à la surface de la Terre.
Le manteau de la Terre et des planètes telluriques, est solide mais chaud, car il
contient des éléments radioactifs, donc il convecte.
Fusion des roches du manteau
Profondeur correspondante
pour la Terre (km)
Pression (Gpa)
Fusion des roches du manteau
Fusion par chauffage
Profondeur correspondante
pour la Terre (km)
Pression (Gpa)
Fusion des roches du manteau
Fusion par décompression
Profondeur correspondante
pour la Terre (km)
Pression (Gpa)
Fusion par hydratation
Profondeur correspondante
pour la Terre (km)
Pression (Gpa)
La croûte océanique : âge maximum de 200 – 250 Ma
Continuement extraite du manteau
Composition basaltique
Densité : 2900 kg m-3
La croûte continentale
Issua
3.8 Ga
Barberton
3.5 Ga
Croûte continentale (beaucoup plus ancienne : jusqu’à ~3.5 Ga):
Tertiaire, de composition andésitique, peu dense ~2700 kg m-3
(densité < au basalte)
Croûte continentale se forme dans les zones de subduction
Mont Pelée, Martinique, Mai 1902
Dôme de lave – El Chaiten –
Photo: Sam Beebe
2005
Calbuco, Chili 2015
Volcan SINABUNG, Sumatra, Indonésie
Volcan de la Soufrière Hills, Montserrat
Photo: A. Finizola, IPGP
Simulations by S. Zhong
Crédit Photo: OVPF - IPGP
LAVES FLUIDES
ilauea, Hawaii
Volume : ~ 10-4 to 10 km3
LAVES FLUIDES
Eruption explosive de basalte
(fire-fountains)
Hawaii
Volcan Mauna Kea Hawaii
Volcan bouclier
Les volcans boucliers (lave fluide)
Mauna Loa, Hawaii
Les Stratovolcans : Stromboli, Italie
Mt St Helens, Washington State, USA
Fusion par décompression dans un panache
Olympus Mons, Mars
Hauteur: 27km, 500 km de diamètre
Maat Mons, Venus, Hauteur: 8km, 400 km de diamètre
Mauna Kea, Earth
Hauteur: 9km depuis la base de l’océan
Image: LPI
Image: LPI
Densité de la croûte lunaire : 2550 kg m-3 (mission NASA GRAIL).
Wieczorek et al, 2012
M. Imbrium
M. Serenitatis
O. Procellarum
M. Tranquillitatis
M. Vaporum
M. Cognitum
M. Humorum
M. Nectaris
Echantillon 15016 de mer basaltique vésiculaire
Croûte de faible densité = barrière à l’ascension des magmas vers la surface
Les grandes étendues de lave basaltique mis en place au sein des grands
bassins d’impact où tout ou une partie de la croûte a été enlevée.
Stockage du magma sous ou au sein de la croûte potentiellement important.
Domes à fortes pentes : évidences de lave riches en silice?
Dome Milichius, 11km diam.
Dome siliceux de Compton–Belkovich,
face cachée
Cratères à sols fracturés
Sols surélevés
Fractures concentriques et radiales
Dépôts basaltiques
Cratères d’impact
classiques
Cratères à sols
fracturés
Rayon ~10 à 100 km
Nombre: ~200
Sol convexe
Crater Briggs 26.5°N 69.1°W
10 km
Sol plat avec fossé circulaire
Crater Warner, 4°S 87.3°E
5 km
Intrusion magmatique sous les cratères
Rayon du cratère C
E, n, rc
d0
d(r)
h
R
u
m, rm
Couche élastique
w
DP
Thorey and Michaut, JGR-Planets 2014
Réservoir en forme de cloche
Réservoir en forme de pancake
Sol surélevé et convexe
Crater Briggs 26.5°N 69.1°W
Sol surélevé plat avec fossé
circulaire
10 km
Crater Warner, 4°S 87.3°E
5 km
Thorey and Michaut, JGR-Planets 2014
Cratère Hercules, 69km de diamètre
Cratère Alphonsus, 108km de diamètre
Billes de verre pyroclastique
Mission Apollo 17
Billes de verre pyroclastique
Mission Apollo 17
Sur la Lune:
Volcanisme important durant le 1er Ga de l’histoire de la Lune, puis diminue
progressivement jusqu’à ~2Ga.
Grandes plaines de lave, au sein de grands bassins d’impacts, dominées par des
éruptions fissurales avec quelques zones concentrant les évents volcaniques.
Pas de volcans boucliers: pas de constructions d’édifices sur des longues périodes de
temps. L’activité volcanique sur la Lune semble avoir besoin de « déclencheurs » comme
les impacts, pour contrer l’effet de la faible densité de la croûte.
Autres traces de volcanisme et de magmatisme concentrées dans les cratères d’impacts:
réservoirs magmatiques fossiles solidifiés peu profonds,
petits écoulements
dépôt pyroclastique
Topographie de Mars
Croûte largement basaltique (échantillon + télédétection), au moins en surface.
 Pas d’alignements de volcans, lithosphère immobile, pas de tectonique des
plaques depuis au moins 3 à 3.5 Ga.
 2 hémisphères N/S bien différents,
 Des grandes plaines de lave, des volcans basaltiques géants
MARS: grandes plaines de lave du Nord
MARS: coulées de lave
10 km
Elysium Region
~60 m thick flows
10 km
Hecates Tholus, Mars, HSRC Mars express
(Neukum et al, 2004)
Mars : Chimie des laves depuis 3.5 Ga à nos jours
Baratoux et al, 2014
Mars : Chimie des laves depuis 3.5 Ga à nos jours en accord
avec un lent refroidissement du manteau sous une
lithosphère qui se refroidit et s’épaissit lentement
Baratoux et al, 2014
VENUS : un volcanisme intense, des objets volcaniques curieux et très
volumineux.
Topographie de Vénus
Pas d’alignements de volcans, lithosphère immobile
Mais jeune! Plusieurs centaines de millions d’années.
Suggère un resurfaçage complet il y a qq centaines de Ma.
Volcans géants et laves très fluides
Les types de terrain:
Les “Highlands” : Aphrodite Terra, Ishtar Terra … certaines formées par des volcans basaltiques
boucliers typiquement de 400 km de diametre et 2-4 km d’altitude.
Les Terres basses: recouvertes de lave dont des plaines de lave de type “flood basalts” de plus de
350 km de long.
Autour de ces plaines: ~ 20 000 “petits” volcans en forme de domes (~ 15 km de diametre)
groupés + ~300 volcans de taille “intermediaire” (25km de diametre en moyenne).
Marcq et al, 2012
Ganiki Chasma 2015 (Shalygin et al, 2015)
- des émissions transitoires de dioxide de Soufre dans l’atmosphère de Vénus
détectées par les sondes Pioneer (1970-80) et Vénus express (2007-12)
- des coulées de lave et des volcans chauds
suggèrent que Vénus est active d’un point de vue volcanique.
Température de Surface: 450°C!
Pression de surface équivalent à la pression sous plusieurs km
d’eau.
 Ne permet pas la fragmentation du magma, pas d’éruption
explosive pour des teneurs en gaz réalistes.
 Modifie totalement la rhéologie des roches, leur comportement
(cassant/ductile) et donc le transport du magma dans la
lithosphère et la croûte par rapport à la Terre ou la Lune.
 Des objets très volumineux et très curieux.
Domes de lave géants ou “Pancakes” , épais et à bords abruptes.
laves très différenciées ou basalte très visqueux contenant beaucoup de gaz?
Taille : plusieurs centaines de m de haut, plusieurs dizaines de km de diamètre.
40 km
Coronae : Haut Plateau, souvent
accompagné d’une dépression circulaire
centrale.
Pancake
dome
Aine Corona (NASA)
200 km
100 km
Mercure :
Mercure
Cratère rempli de lave (bas gauche),
29/09/2009, Messenger, NASA
Cratère « pit-floor », (avec un « puits » central),
formé par vidange d’une chambre magmatique?
29/09/2009, Messenger, NASA
Anomalies spectrales à marges diffuses interprétées comme des dépôts pyroclastiques
Mercure
La Lune
Dépôts pyroclastiques
Zones de dépôts
: issus
pyroclastiques
d’éruption explosive
 Les planètes telluriques, leurs manteaux, contiennent des éléments radioactifs
qui, en se désintégrant produisent de la chaleur que les planètes évacuent par
convection du manteau. Les mouvements de convection par décompression en
particulier produisent du liquide de fusion et donc du volcanisme.

Le volcanisme de point chaud avec grande coulées de lave et volcans boucliers
est le type le plus répandu dans le système solaire.

La tectonique des plaques sur Terre induit une grande diversité du volcanisme.
Quelle est l’origine de la tectonique des plaques sur Terre?
Mars montrait-elle une tectonique des plaques dans ses
premiers 500 Ma?
Et Vénus?

Dans certains cas, la densité légère de la croûte joue un rôle de barrière ou de
filtre à l’ascension des magmas : croûte continentale terrestre, croûte primaire
lunaire, croûte Sud de Mars?
Quelle est l’origine de la croûte continentale terrestre?
Quelle a été la composition de la croûte primaire et comment
est-on passé de cette croûte primaire à une croûte bimodale
océanique/continentale avec tectonique des plaques?
La croûte martienne contient-elle un composant enrichi de
type croûte continentale?

Les impacts ont clairement joué un rôle déclencheur de l’activité magmatique
et volcanique (la Lune, Mercure, Mars) en particulier lorsque la croûte est de
faible densité (barrière à l’ascension des magmas).
Quel a été le rôle des impacts sur l’évolution de la croûte
primaire de la Terre et des planètes (Mars, Vénus) dans les
premiers temps de leurs histoires après leur accrétion et
différentiation?

Quelle est l’origine des objets volcaniques curieux et géants de Vénus?
Io, satellite de Jupiter
Voyager (1979)
Galileo (1996)
Avril 1997
Septembre 1997
- Chauffage de Marée : Cas de Io
Mission Galileo : http://www.jpl.nasa.gov/galileo/images/images.html