Evolution de la valence du fer pendant la déserpentinisation à haute-température et haute-pression

Evolution de la valence du fer pendant la déserpentinisation à haute-température et haute-pression

Laboratoire de rattachement : ISTerre

Encadrant : Manuel MUNOZ

Téléphone : 04.76.51.40.54

Mots clés : minéralogie, expérimentation, synchrotron.

Contexte et objectifs de la mission de stage :

L’évolution des conditions redox dans les zones de subduction est un enjeu majeur pour la compréhension des échanges de matière “croûte-magma-manteau”. Les fluides libérés depuis la croûte océanique permettent le recyclage d’éléments lithophiles vers le coin mantellique, facilitent la fusion des péridotites et alimentent le volcanisme d’arc (e.g., Kessel et al., 2005 ; Kelley et Cottrell, 2009). Ils représentent un vecteur essentiel pour le transport d’éléments d’intérêt économique ainsi que pour la compréhension des signatures géochimiques des roches. La connaissance des propriétés redox des fluides sont donc d’un enjeu primordial (e.g., Marcaillou et al., 2011).

Les objectifs de ce stage consistent donc à caractériser, par une approche expérimentale in-situ, 1) les conditions P-T de déshydratation des serpentines, et 2) la spéciation (valence, coordinence, phase porteuse) du fer au cours de la déshydratation. Pour cela nous utiliserons une cellule à enclume-diamant qui permet d’atteindre des conditions P-T compatibles avec les gradients thermiques des zones de subduction ( 1000°C / 3GPa). La transparence des diamants, totale dans le visible, et très large pour les rayons X, permettra le contrôle optique et les analyses minéralogiques in-situ (Munoz et al., 2005). Ces dernières reposeront sur l’utilisation du rayonnement synchrotron (ESRF, Grenoble) : 1) diffraction des rayons X pour les transitions de phases ; 2) spectroscopie d’absorption X pour la spéciation du fer.

Prérequis : Connaissances en minéralogie et goût pour l’expérimentation.

Références bibliographiques :

Kessel et al. Trace element signature of subduction-zone fluids, melts and supercritical liquids at 120–180 km depth. Nature (2005) vol. 437 (7059) pp. 724-727

Kelley et Cottrell. Water and the Oxidation State of Subduction Zone Magmas. Science (2009) vol. 325 (5940) pp. 605-607

Marcaillou et al. Mineralogical evidence for H2 degassing during serpentinization at 300 degrees C/300 bar. Earth And Planetary Science Letters (2011) vol. 303 (3-4) pp. 281-290

Muñoz et al. In situ speciation of nickel in hydrous melts exposed to extreme conditions. Physica Scripta (2005) vol. 2005 pp. 921