Les éruptions historiques de Lanzarote, Iles Canaries : contribution des inclusions vitreuses à la compréhension de la formation des liquides primitives et leur sources

Historical eruptions of Lanzarote, Canary Islands : Inference of magma source and melt generation from olivine and its melt inclusions

• Auteur / Autrice : Alejandra Gomez-Ulla Rubira
• Direction : Olgeir Sigmarsson, Maria José Huertas, Eumenio Ancochea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Volcanologie
• Date : Soutenance le 25/09/2018
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020) en cotutelle avec Universidad complutense de Madrid (1836-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Jury : Président / Présidente : Carlos Villaseca
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Orejana, Nathalie Bolfan-Casanova, David Neave
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Laubier
• DOI : 10.70675/7af66c5czf057z45c0z8be3z2d5e81c8edf8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éruptions volcaniques

Lanzarote (Canaries)

Mots clés libres

Lanzarote

Iles Canaries

Inclusion magmatique

Éléments traces

Olivine

Volatiles

Lanzarote

Canary Islands

Melt inclusion

Trace elements

Olivine

Volatiles

Résumé

L’étude des basaltes des îles océaniques (OIB) révèle la complexité du manteau terrestre, dont la composition chimique est hautement variable. Décrypter l’implication des lithologies des roches sources et des processus à l’origine des OIB est complexe car les magmas sont transformés lors de leur ascension jusqu’à la surface. Ceci est particulièrement critique dans le cas des îles Canaries, où la lithosphère est considérée comme particulièrement épaisse (>110 km Fullea et al., 2015). Afin de mieux contraindre la composition chimique des magmas primitifs et les lithologies mantelliques plausiblement impliquées, deux éruptions historiques de l’île de Lanzarote, les éruptions de Timanfaya (1730-1736) et celles de 1824, ont été étudiées. En effet, ces deux éruptions offrent une opportunité unique d’étudier les mécanismes de génération des magmas et leurs compositions dans un contexte où le manteau est hétérogène. L’éruption de historique de Timanfaya (1730-1736) a émis des magmas qui ont évolué de basanites à basaltes alcalins, pour atteindre des compositions tholeitiques à la fin de l’éruption. La dernière éruption de l’île, en 1824, a produit des basanites extrêmement riches en volatils. L’hétérogénéité du manteau est démontrée à l’extrême à Lanzarote où une seule éruption présente une variation de compositions chimiques équivalente à la diversité de celles des OIB dans le monde. L’extrême hétérogénéité est systématique pour les compositions des roches totales et des téphras à l’échelle d’une éruption, mais est encore amplifiée à l’échelle du minéral et des inclusions magmatiques contenus dans un même échantillon de téphra.Les concentrations des éléments traces et leurs rapports dans l’olivine (e.g. Ni, Mn et Ca) sont de précieux marqueurs des lithologies mantelliques à l’origine des magmas. En effet, les rapports Ni x (FeO/MgO), corrigé du fractionnement, et Fe/Mn sont des indicateurs de lithologies avec ou sans olivines. Il est considéré qu’ils peuvent montrer, dans la plupart des cas, l’ajout d’un liquide magmatique dérivé d’une pyroxénite dans les magmas primaires. La mesure des compositions des éléments traces des olivines des éruptions de 1730-1736 et de 1824 montrent les implications variables de plusieurs lithologies mantelliques au cours du temps. Lors de la fusion d’une lithologie ne contenant pas d’olivines, comme la pyroxénite, de hautes teneurs en Ni et de faibles teneurs en Mn et Ca sont attendues. Les basanites de Lanzarote présentent les plus grandes variations géochimiques, couvrant le champ compositionnel des olivines des MORB et des OIB du monde entier, tandis que les produits plus tardifs, c’est-à-dire les basaltes alcalins et les tholéites, ont des teneurs typiques de liquides magmatiques dérivés de pyroxénites. Les teneurs en forstérite (Fo) des olivines diminuent systématiquement avec le temps durant l’éruption de 1730-1736 et la proportion de liquide primaire saturé en silice augmente dans les mélanges de magmas primitifs avec le temps. A la fin de l’éruption, les magmas tholéitiques cristallisent des olivines dont la teneur en Fo est faible, alors que les concentrations en Mn et Ca augmentent simultanément avec le rapport Ca/Al pour des rapports Fe/Mn et Ni x (FeO/MgO) relativement constants. Ces observations sont expliquées par une augmentation de la fusion par décompression à température légèrement plus faible. D’autre part, les basanites de l’éruption de 1824 possèdent les olivines ayant les teneurs en Fo les plus élevées, et des teneurs en éléments traces dépassant la variabilité des basanites de l’éruption de Timanfaya. Le fait que les basanites de Lanzarote contiennent des olivines dont les compositions en éléments traces recouvrant le champ des MORB et des liquides pyroxènitiques est expliqué par la fusion d’une source contenant des lithologies hétérogènes, induite par un flux de CO2, générant ainsi des magmas aux compositions diverses. (...)

The study of oceanic island basalts (OIB) reveals the complexity of the mantle, which composition is highly variable. Deciphering the source lithologies and processes involved in the OIB formation is challenging since the magmas are transformed on their way to the surface. This is especially critical at Canary Islands where the lithosphere is thought to be remarkably thick (>110 km Fullea et al., 2015). In order to better constrain the composition of primitive magmas and the plausible mantle lithologies involved, two historical eruptions recorded at Lanzarote island, Timanfaya 1730-1736 and 1824 eruptions have been investigated. Indeed, these two eruptions offer a unique opportunity to investigate the mechanisms of magma generation and composition in the context of mantle heterogeneity. The Timanfaya, 1730-1736 historical eruption emitted magmas that evolved from basanites through alkali basalts, finally reaching tholeiitic compositions at the end of the eruption. In 1824 the last eruption on the island produced extremely volatile-rich basanite. The heterogeneity of the mantle is demonstrated to the extreme in Lanzarote where a single eruption exhibits compositional variations similar to the span of the OIB worldwide. The extreme heterogeneity is systematic from whole rock lava and tephra at eruption scale but amplified at mineral and melt inclusion scale within a single tephra sample of the eruption.The use of trace element concentrations and ratios of olivine (e.g. Ni, Mn, and Ca) are valuable indicators of the mantle source lithology, namely, the fractionation-corrected Ni x (FeO/MgO) and Fe/Mn as probes of olivine absent or present lithologies, often taken as pyroxenite-derived component in mixtures of primary melts. The measured trace element concentrations in olivine from the 1730-1736 and 1824 eruptions reveal variable mantle lithologies involved in the magma generation with time. Higher Ni and lower Mn and Ca contents are expected when melting Ol-free source, such as pyroxenite lithologies. The basanites exhibit the largest variation covering the range of olivine in MORB and OIB worldwide whereas later produced alkali-basalts and tholeites have values typically expected from pyroxenite derived melts. The Fo content decreases systematically with time during the 1730-36 eruption and the proportion of silica-saturated primary melt increased in the parental magma mixture with time. At the end of the eruption, tholeiite magmas crystallized olivine with lower Fo content, whereas those concentrations of Mn and Ca increased together with Ca/Al at relatively uniform Ni x (FeO/MgO) and Fe/Mn, all of which is readily explained by increased decompression melting at slightly lower temperature. The basanite from the eruption that took place in 1824 has olivine with the highest Fo content and trace element variability expanding the range of the Timanfaya basanite. The fact that Lanzarote basanites contain olivine with trace element systematic spanning that of MORB and pyroxenite melt is explained by CO2-flux melting of a lithologically heterogeneous source, generating the diverse compositions. In addition, early reactive porous flow through the depleted oceanic lithosphere and equilibration with harzburgite restite caused Ni depletion of the earliest percolating pyroxenite melt from which olivine crystallized and probably leaving dunite channels. After the channel formation mantle nodules could be brought to the surface. The fact that olivine compositions and basanite magma were reproduced approximately a century later may reflect episodic carbonatic fluxing in the slowly uprising Canarian mantle plume. (...)