Les volcans de l’arc sont plus humides qu’on ne le pensait auparavant, avec des implications scientifiques et économiques

Le pourcentage d’eau dans les volcans d’arc, qui se forment au-dessus des zones de subduction, peut être bien supérieur à ce que de nombreuses études antérieures ont calculé.

Selon un nouvel article publié dans Géoscience de la nature.

Les concentrations d’eau estimées dans les magmas d’arc primitif de cette étude sont plus variables et significativement plus élevées que la moyenne d’environ quatre pour cent en poids d’eau trouvée dans d’autres études, selon l’article. Les résultats montrent que les magmas d’arc primitifs peuvent contenir environ 0,6 à 10 % en poids de H2O et peuvent atteindre une saturation en H2O d’environ 20 % en poids de H2O après un fractionnement important des cristaux dans la croûte inférieure de l’arc, ajoute l’article.

« La grande image ici est que l’eau est essentiellement le lubrifiant de la tectonique des plaques. La teneur en eau va affecter toutes sortes de paramètres différents impliqués dans le mouvement des plaques tectoniques », explique l’auteur principal Benjamin Urann, qui était étudiant au doctorat dans le Massachusetts. Institute of Technology (MIT)—WHOI Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering au moment de l’étude.

« Pouvoir avoir une idée de la teneur réelle en eau des magmas de l’arc, ce que nous avons fait dans cette étude, peut aider à affiner les estimations de la quantité d’eau subduite profondément dans le manteau à l’échelle mondiale ; quantifier différents réservoirs d’eau sur Terre, y compris les réservoirs d’eau de surface et profondes ; et mieux comprendre le transport entre ces différents réservoirs », explique Urann, qui est actuellement chercheur postdoctoral en sciences océaniques de la National Science Foundation à l’Université du Wyoming. Urann a ajouté que le document discute également des implications de la teneur en eau pour la formation de gisements de minerai économiquement importants, tels que les gisements de cuivre porphyrique. Ces dépôts représentent environ 60% de la source mondiale de cuivre, selon l’US Geological Survey.

De nombreuses études antérieures se sont appuyées sur des techniques telles que la mesure des inclusions fondues – qui sont de minuscules gouttelettes de magma qui ont été piégées par un cristal qui se développe autour d’elles – et la mesure de la lave et d’autres dépôts volcaniques qui ont éclaté à la surface de la Terre. « Cependant, ces méthodes ont des limites inhérentes qui masquent toute la gamme de H2O dans les magmas d’arc », indique le document.

Urann et son doctorat. La superviseure, Véronique Le Roux, qui est co-auteur de l’article, a développé des méthodes avec l’instrument de spectrométrie de masse d’ions secondaires situé à WHOI pour mesurer la teneur en eau des minéraux, leurs travaux s’appuyant sur d’autres efforts suggérant que les magmas d’arc devraient contenir de manière significative plus de H2O que ce qui est déduit des mesures d’inclusion à l’état fondu.

Les chercheurs ont déterminé qu’au lieu d’examiner des échantillons de lave qui ont éclaté à la surface de la Terre, il serait fructueux d’examiner les magmas de la croûte profonde qui n’ont pas trop perdu leur teneur en eau.

« Bien que vous ne puissiez pas récupérer le magma liquide à ces profondeurs, ce que vous pourrez peut-être prélever est un cumulat : c’est du magma qui s’est solidifié en profondeur dans la croûte. Nous avons la chance que parfois avec la tectonique des plaques, certaines ces croûtes vraiment profondes sont exhumées à la surface », explique Le Roux, chercheur associé au département de géologie et de géophysique de l’OMSI et membre du corps professoral du programme conjoint MIT-WHOI. Les chercheurs ont utilisé des cumulats que les co-auteurs de l’article avaient collectés dans le terrane paléo-arc du Kohistan dans la chaîne de montagnes de l’Himalaya au nord-ouest du Pakistan.

Au lieu d’examiner les roches de surface qui remontent loin dans la croûte sous forme de magma et perdent une grande partie de leur teneur en eau au cours du processus, les chercheurs ont examiné le magma (cumulats de la croûte inférieure) qui s’était cristallisé profondément dans la croûte à une pression suffisamment élevée pour retenir leur signature originale de teneur en eau.

Le Roux dit que « l’analyse de l’eau dans les minéraux cumulés est une nouvelle approche prometteuse pour accéder aux niveaux profonds de la croûte dans les zones de subduction ».

Les chercheurs ont calculé que le magma qu’ils ont analysé contenait entre 10 et 20 % en poids d’eau selon la composition du magma. « Alors que ce pourcentage en poids d’eau avait été prédit expérimentalement comme étant possible, il n’avait jamais été démontré sur des échantillons naturels », a déclaré Le Roux.

« L’essentiel est que les magmas d’arc peuvent être plus humides que nous ne le pensions », a déclaré Urann.