Voyage en Islande - 24/11/2008

La lave s’est, ici comme dans bien des endroits en Islande, mise en place sous la calotte glaciaire et  a permis la formation de tufs rhyolitiques par interaction entre lave et eau de fonte. Ces tufs, de couleurs très diverses dues au fer – ce qui fait la beauté de ces sites - sont peu résistants à l’érosion (hydrolyse) et présentent des formes arrondies et ravinées, traversées ou non par des filons d’obsidienne…

Landamannalaugar, paysage

La cristallisation fractionnée : est le phénomène par lequel les minéraux qui cristallisent lors du refroidissement, le font par « fractions » selon leur point de fusion. Le type de minéraux qui cristallisent ainsi que leur ordre d’apparition dans la séquence de cristallisation dépend de la composition chimique du magma, mais aussi de la teneur en volatils dissous, de la température, de la pression etc...

Par exemple, si le magma est basaltique, pauvre en éléments volatils dissous et à relativement basse pression, l’olivine cristallise en premier, suivie des plagioclases etc. (voir diagramme de Bowen dans le paragraphe de géologie générale)

La différenciation magmatique est le corollaire de la cristallisation fractionnée. En effet, le liquide résiduel s’appauvri en éléments pris dans les cristaux formés et s’enrichi relativement en tous les autres éléments. Donc un magma basaltique sera plus riche en Fe Mg Ca qu'un magma rhyolitique (très différencié), riche en silice, Na et K.

Le principal moteur permettant la séparation des minéraux des liquides résiduels est la séparation par densité. En effet, les minéraux plus denses descendront alors que la « pâte » résiduelle (il ne s’agit pas de liquide dans une chambre magmatique), moins dense, monte.

Landamannalaugar, les couleurs

Ce processus conduit à la formation de "séries" : il en existe 5 :

- calco-alcaline, à l'origine des IAB basalte de subduction, (Island Arc Basalts)
- tholéiitique, à l'origine des MORB, Mid Ocean Ridge Basalts, basalte de dorsale,
- alcaline, OIB basalte de point chaud (Basaltes des Iles Océaniques)
- shoshonitique et
- transitionnelle

Le phénomène de différenciation n’est pas le seul capable de faire évoluer la composition chimique des magmas. En effet, les magmas peuvent être contaminés par les roches encaissantes ou modifiés par un autre magma nous l’avons vu.
Pour plus de détails sur la différentiation magmatique, consulter le cours de Nicollet, par exemple : http://christian.nicollet.free.fr/

Les laves de Landamannalaugar : elles sont acides, et c’est un paradoxe apparent en Islande, que nous allons essayer de décortiquer.

Rhyolite - blanc K feldspath – gris quartz- matrice rose

Néanmoins soyons clairs : nous allons passer des basalte avec 20% de silice avec 0.5 de K à des rhyolites à 35% de silice et 4.4% de K, pas de quoi, à priori, affoler un chimiste ! Pour plus de clarté, je répète ici, les 3 causes de principales de modifications des magmas :

-- contamination par l’encaissant qui serait, ici plus riche en silice
-- contamination du magma M1 par un magma M2 plus riche en silice
-- différentiation magmatique (voir ci- dessus)

rhyolite micro polarisant 100x

Notez bien les « si », les conditionnels et les points d’interrogation, ici, on réfléchit !

1- Pour Landamannalaugar on pourrait imaginer la différenciation magmatique, oui mais les magmas acides ne forment que de petites quantités à cause de la différenciation avancée alors, comment expliquer les énormes quantités visibles à cet endroit ? Il faudrait une chambre énorme pour différencier tout ça et la sismique n’a pas confirmé !
2- On pourrait imaginer une contamination par le point chaud ou le rift, oui mais ce sont des magmas très basiques or ce n’est pas le cas !
3- On pourrait imaginer la réalimentation en continu par le point chaud et une différenciation en continu aussi, mais les analyses d’ions présents dans les deux magmas infirment l’hypothèse !
4- Alors on a évoqué l’eau…
En évoquant une phase liquide supplémentaire on pouvait envisager une solution mais la quantité d’eau doit être très importante et devrait donc être amenée par des fluides hydrothermaux par exemple par le rift…mais avait-on un rift sous l’eau, à cette époque, à cet endroit ?
5- Alors on a étudié les isotopes de l’oxygène
La rhyolite est pauvre en O18.
L’eau météorique est appauvrie en O18
Est-il possible que cette eau, nécessaire dans l’hypothèse ci-dessus soit météorique ? Des calculs ont été faits, en effet, et montrent qu’il est absolument impossible que cette eau soit météorique, tellement les quantités doivent être importantes, ce qui ne correspond absolument pas aux données climatiques…question non résolue donc !
6- Alors on a cherché du côté du potassium
En effet, on en a plus que ce qu’on pensait ! d’où vient-il ? pourrait-il expliquer ces quantités de laves acides, ici ?
Il faut, ici, tenir compte du plancher océanique.
A Oman, on a fait des analyses sur des gabbros affleurants qui sont très modifiés par l’hydrothermalisme en profondeur (très ! en profondeur). Ces gabbros hydrothermaux, on les a fait fondre en laboratoire et on a obtenu des liquides riches en silice.
Alors, les émissions siliceuses de cet endroit seraient-elles liées à la fusion des gabbros hydrothermaux qui sont en dessous ? Mais des questions demeurent :
• il faut une très forte pénétration en eau : ici pas de problème, on est tout près de l’océan, les distances ne posent pas de problèmes avec toutes les fissures qui existent!
• il faut un gradient thermique fort, plus grand que ce qu’on pensait. Cette source de chaleur pourrait-elle être le point chaud ? son gradient thermique serait-il suffisant ? quelle quantité  de chaleur faut-il ?
Recherches en cours, affaire à suivre.

coulée d'obsidienne Landamannlaugar

Un autre problème : l’obsidienne

Les laves sont ici rhyolitiques, on l’a vu, mais comment se fait-il que cette cristallisation sous forme de verre, d’obsidienne, soit si importante ? Quels sont les facteurs à l’origine de si grandes quantités d’obsidienne ? Noter que cette obsidienne est très riche en bulles, non transparente et très noire.
Noter encore l’aspect de la coulée : roche cassante, coupante – attention aux mains - , coulée épaisse et courte, chaotique à souhait quand on marche dedans !
L’obsidienne est une roche volcanique vitreuse et riche en silice (rhyolite).
La vitrification en masse est rendue possible par le fort degré de polymérisation de la lave. A ne pas confondre avec les bordures figées et vitrifiées (mm ou cm !) des laves basiques (filons, pillows lavas) dues à un refroidissement brutal au contact avec un encaissant froid.

Les laves acides, très visqueuses et moins chaudes (700-900°C) que les laves basiques  subissent une polymérisation due à leur chimisme et ont donc une forte viscosité qui limite la diffusion des éléments et donc la cristallisation…et l’écoulement. Dans ce cas, c'est bien l'ensemble de la coulée qui est vitreux. En général on a donc de faibles quantités.

obsidienne détail coulée

Dans le cas des obsidiennes donc, on vient de le voir, l'état vitreux ne peut pas résulter d'un refroidissement rapide (à cause de la masse), mais signifie que la cristallisation a été inhibée.

Deux types de cations interviennent dans la structuration du liquide silicaté :

- les cations qui renforcent la polymérisation (donc la viscosité), le silicium en particulier;
- les autres cations, dont certains comme le potassium (de nouveau !), mais, ici, accompagné d’une surchauffe du magma (point chaud proche, mais pas forcément en connexion directe) juste avant sa sortie…D’après les analyses géochimiques, il semblerait que ce potassium pourrait être un des facteurs de ces grandes quantités d’obsidienne  en inhibant (juste un peu) la solidification (attention ce n’est pas cristallisé !) ce qui a permis une si grande coulée…hypothèse à confirmer par de nouvelles recherches…
Lire sur l’obsidienne notre dossier "Au coeur de la silice, du silex au wafer"