Le comportement du soufre et les conditions d'oxydoréduction dans les basaltes hydratés de l'Etna inférés par des inclusions vitreuses et des verres expérimentaux

Sulfur behavior and redox conditions in Etnean hydrous basalts inferred from melt inclusions and experimental glasses

• Auteur / Autrice : Mimma Emanuela Gennaro
• Direction : Caroline Martel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Univers
• Date : Soutenance le 22/02/2017
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Università degli studi (Palerme, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Domenico Cosentino
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Martel, Domenico Cosentino, Silvio Rotolo, Vicenzo Stagno, Giada Iacono-Marziano, Annachiara Bartolini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Etna (Italie ; volcan)

Oxydoréduction

Oxydes de soufre

Soufre

Roches vitreuses

Basalte

Éruptions volcaniques

Magmatisme

Mots clés libres

Soufre

Inclusions vitreuses silicatiques

Expériences

XANES Fe³⁺/ΣFe ratio

Fugacité d'oxygène

Sulfur

Silicate melt inclusions

Experiments

XANES Fe³⁺/ΣFe ratio

Oxygen fugacity

Résumé

Le soufre est un composant volatil important des magmas qui présente différents états d'oxydation en fonction des conditions d’oxydoréduction et de la phase dans laquelle il se trouve : dans le liquide silicaté, il est typiquement dissous comme S⁶⁺ et/ou S²⁻ , dans la phase gazeuse il se trouve principalement comme SO₂ (S⁴⁺ ) et H₂S (S²⁻). L’Etna, pour lequel les conditions d’oxydoréduction sont faiblement contraintes, est utilisée comme cas d’étude pour examiner le comportement du soufre dans les magmas basaltiques hydratés pendant la différenciation et le dégazage. Cette recherche combine l'étude des inclusions vitreuses avec une étude expérimentale en conditions magmatiques sur la solubilité du S dans les basaltes alcalins hydratés.Les résultats expérimentaux suggèrent l’important contrôle de la ƒO₂ sur la teneur en S dans les magmas hydratés de l’Etna, et le partage du S entre les phases fluid and liquid. Les inclusions vitreuses ont été piégées à différentes profondeurs à l'intérieur du système magmatique. Elles décrivent une tendance continue de différenciation, marquée par une cristallisation fractionnée, à partir de la composition picritique (FS) vers le basalte plus récent dégazé (2013). Le contenu en S dans le liquide de l'Etna est extrêmement variable et atteint 4150 ppm dans les inclusions vitreuses les plus primitives. Les spectres XANES Fe³⁺/ΣFe des certaines inclusions vitreuses donnent des rapports Fe³⁺/ΣFe généralement décroissants à partir du liquide le plus primitif (FS) jusqu’au plus évolué (2013). Les simulations effectué par le logiciel MELTS confirme que la diminution du rapport Fe³⁺/ΣFe est principalement due au processus de différenciation magmatique, renforcé par le dégazage du S à ƒO₂ < NNO + 1. Cette réduction du magma provoque à son tour la diminution de la solubilité du S dans les basaltes hydratés de l’Etna, et peut constituer un éventuel activateur de l’exsolution du S, à l’origine de l’important dégazage du S observé au cours des dernières décennies à l’Etna.

Sulfur is an important volatile component of magmas that presents different oxidation states, depending on the redox conditions and on the phase of occurrence: in silicate melts it is typically dissolved as S⁶⁺ and/or S²⁻ , in the gas phase it occurs principally as SO₂ (S⁴⁺ ) and H₂S (S²⁻). Mount Etna, in which magmatic redox conditions are poorly constrained, is used as a case study to investigate sulfur behavior in hydrous basaltic magmas during magma differentiation and degassing. This research integrates the study of natural olivine-hosted melt inclusions with an experimental study on S solubility in hydrous alkali basalts at magmatic conditions.Experimental results suggest the important control of ƒO₂ on the S abundance in Etnean hydrous magma and its partitioning between fluid and melt phases. Melt inclusions were entrapped at different depths inside the magmatic system (up to ~ 18 km, below crater level). They delineate a continuous differentiation trend, marked by fractional crystallization, from the picritic basalt (FS) toward the most evolved and degassed (2013) basalt. S content in Etnean melt is extremely variable and reaches 4150 ppm in the primitive melt inclusions. XANES Fe³⁺/ΣFe spectra in some glass inclusions, resulted in the generally decreasing of Fe³⁺/ΣFe ratios from the most primitive (FS) to the most evolved (2013) melts. MELTS software confirms that the Fe³⁺/ΣFe decrease is due principally to the melt differentiation process, enhanced to the S degassing at ƒO₂ < NNO+1. Magma reduction, in turn, induces the decrease of the sulfur solubility in the hydrous Etnean basalt, as well as of the sulfide saturation, and may constitute a possible enhancer of S exsolution, triggering the important S degassing observed in the last decades in Mt. Etna.