Survie du zircon dans l’asthénosphère et lithosphère

Bien que le zircon soit largement utilisé pour le traçage des processus impliquant les magmas felsiques de la croûte continentale, sa stabilité dans nombreuses roches (ultra-)mafiques d’origine mantellique restent encore inconnues. Cette lacune empêche d’utiliser ce minéral comme traceur de la dynamique et de l’évolution de la lithosphère océanique et du manteau. Ce travail expérimental publié à American Mineralogist en collaboration avec les scientifiques français (IRAP, IMT à Toulouse), américains, russes et allemands ont permis d’élargir notre connaissance sur la stabilité du zircon dans les systèmes mafiques et ultra-mafiques. Ce travail financé par le programme INSU PNP 2020 est le premier pas vers un projet collaboratif, ZIRCONODYNAMICS, soumis pour ANR AAPG 2021.

Schéma montrant le contexte scientifique du projet ZIRCONODYNAMICS développé sur la base de nos récentes réalisations et des modèles existants. «MOR» est la dorsale médio-océanique, «ARC» – arc volcanique et «BAB» – bassin d’arrière-arc. «SS» signifie dalle stagnante et «TZ» est la zone de transition entre manteau supérieur-inférieur. Les nouvelles contraintes renforceront l’utilisation de zircon comme puissants traceurs des processus dynamiques intervenant dans le manteau et des proto-croutes planétaires.

Le zircon (ZrSiO4) est le minéral le plus utilisé pour la datation des roches terrestres et extraterrestres. Cependant, le système zircon – liquide mafique / ultramafique a rarement été exploré expérimentalement et la plupart des modèles existants basés sur les systèmes felsiques, intermédiaires et / ou synthétiques ne sont pas applicables pour la prédiction de la survie du zircon dans l’asthénosphère terrestre. Afin de déterminer la stabilité du zircon dans de tels systèmes naturels, l’équipe a réalisé des expériences de dissolution du zircon dans des liquides synthétiques haplo-basaltiques et naturelles de dorsale médio-océanique (MORB) à la température de 1250 à 1300°C et la pression de 0,1 MPa à 0,7 GPa couplé à des microanalyses par sonde électronique in situ des produits expérimentaux.

Le coefficient de diffusion du zirconium nécessaire pour prédire la survie du zircon dans les liquides asthénosphériques de la composition de basalte tholéiitique a été établi. Le modèle suggère que les zircons typiques de 100 µm se dissolvent rapidement (~ 10 h) et de manière congruente lors de la réaction avec le liquide basaltique à des pressions de 0,2 à 0,7 GPa. Les données expérimentales soulèvent des questions sur l’origine des zircons dans les roches mafiques et ultramafiques, en particulier dans l’asthénosphère océanique peu profonde et la lithosphère profonde, ainsi que sur la signification des âges estimés à partir de la composition de ces minéraux. Les méga-cristaux de zircon de grande taille dans les kimberlites, les péridotites, les basaltes alcalins et autres magmas suggèrent un transport rapide et une courte interaction entre le zircon et le liquide asthénosphérique. L’origine des méga-cristaux de zircon est liée à l’ajout métasomatique de Zr dans le manteau car tout épisode de fusion du manteau devrait les éliminer.

Sources :

Borisova A.Y. et al. (2020). Zircon survival in shallow asthenosphere and deep lithosphere. Am. Mineralogist 105, 1662–1671. DOI: 10.2138/am-2020-7402.

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