Origine, dynamique et multi-compositions isotopiques du soufre dans le manteau terrestre

Origin, dynamic and multiple isotope composition of sulfur in the earth's mantle

• Auteur / Autrice : Jabrane Labidi
• Direction : Pierre Cartigny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie fondamentale et appliquée
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géochimie

Isotopes

Terre -- Manteau

Géodynamique

Soufre

Résumé

La teneur et composition isotopique du soufre du manteau terrestre peut apporter des contraintes majeures sur la dynamique interne de cet élément ainsi que sur la nature des hétérogénéités mantelliques. La composition isotopique moyenne de ce réservoir en S peut également renseigner sur le potentiel équilibre entre manteau et noyau et donc sur l'origine du soufre sur Terre. Dans cette étude, nous rapportons les teneurs en S et les abondances relatives du 32S, 33S, 34S et 36S dans plus de 120 verres basaltiques provenant de 3 rides océaniques et d'une faille transformante. Nous proposons un nouveau protocole d'extraction du soufre de verres silicaté basé sur l'utilisation d'acide fluorhydrique. A cette occasion, nous mettons en évidence un biais analytique affectant les données précédemment publiées, lié à l'utilisation du réactif dit de "Kiba". Les δ34S re-mesurés sur des échantillons précédemment analysés sont en moyenne 1‰ plus bas. Nous fournissons également les premièresdonnées de Δ33S et Δ36S de basaltes de dorsales. Ces données sont, dans l'erreur, indistinguables du standard international CDT, confirmant l'idée que le manteau a des Δ33S et Δ36S proches de 0. 000‰. Le δ34S moyen des MORB est de -0,80 ± 0,38‰, significativement inférieur à la valeur chondritique de 0,04 ± 0,31‰, et montre une gamme de variation de près de 3‰. Celui-ci présente des corrélations avec les isotopes radiogéniques, faisant du δ34S un traceur de source. Les covariations entre δ34S et isotopes du Plomb dans des basaltes de la ride Pacifique-Antarctique suggèrent le recyclage de croûte océanique portant un δ34S positif au sein d'un manteau appauvri significativement négatif, que nous proposons à -1,40 ± 0,20‰. Dans les basaltes de la ride Atlantique-Sud, le δ34S est corrélé avec le rapport isotopique du Sr et les tendances isotopiques mettent en évidence le recyclage de sédiments dans le manteau source des basaltes étudiés. Dans l'ensemble, la variabilité du δ34S associée à l'absence de variabilité du Δ33S et Δ36S montre que les composants recyclés sont d'âge post-archéens, en accord avec l'estimation de leur âge classiquement faite via les rapports isotopique du Pb. Enfin, le δ34S négatif du manteau source des MORB peut être réconcilié avec un équilibre manteau-noyau, impliquant une origine interne du soufre par opposition à une origine tardive.

Sulfur content and isotope composition of the terrestrial mantle can provide major constraints on the internal dynamic of this element and on nature of mantle heterogeneities. The mean S isotope composition of this reservoir can also characterize the potentiel mantle-core equilibrium and hence help to decipher the question of sulfur origin on Earth. In this study, we report S content and relative abundances of 32S, 33S, 34S and 36S in more than 120 glassy basalts coming from 3 ocean ridges and a transform fault. We propose a new sulfur extraction protocol for silicate glasses based on hydrofluoric acid. We evidenced an analytical bias affecting the previously published dataset, probably due to the use of the e"Kiba reagent". The redetermined δ34S are approximately 1‰ lower than the previously published data. We also provide the first Δ33S and Δ36S data for ocean ridge basalts. These date are, within uncertainty, indistinguishable from our CDT estimate, confirming the idea that terrestrial mantle has a Δ33S and Δ36S close to 0. 000‰ with respect to this international standard. The δ34S variability encompasses a 3‰ range in ocean ridge basalts and correlations between O34S and radiogenic isotopes demonstrate that S isotopes are tracers of mantle heterogeneities. On the other hand, the mean δ34S of MORB mantle is -0,80 ± 0,38‰, significantly lower than the chondritic value of 0,04 ± 0,31‰. The Pb-S isotope systematic in Pacific Antarctic basalts indicates that recycled oceanic crust bears a positive δ34S. As a corrollary, this result implies that the depleted part of the mantle is even more negative thant the mean MORB value. We propose a δ34S value of -1,40 ± 0,20‰ for this reservoir. In South Atlantic basalts, the δ34S are correlated with Sr isotopes, trends being consistent with recycled sediment feeding the mantle source of these basalts. Taken together, the δ34S variability associated to the Δ33S and Δ36S constancy indicates that the recycled components are a post-archean age, in agreement with independant estimation of their mean age using Pb isotopes. Finally, the negative δ34S of MORB mantle can be reconcilied only with a mantle-core equilibrium, implying an internal origin of sulfur as opposed to a late origin.