Incorporation d’éléments légers dans les minéraux
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Spectres PIGE (en haut) et ERDA (en bas) d’une forstérite contenant 1308 ppm de fluor et 267 ppm d’H2O. Les régions colorées sont celles qui correspondent au fluor et à l’hydrogène sub-surfacique. A droite modélisation d’une forstérite où 1 atome d’hydrogène (en noir) et 3 atomes de fluor (en vert) occupent une lacune de silicium.

Le cycle géologique des éléments volatils est régi par des transferts entre les réservoirs de la surface (ex. atmosphère, océans) et les réservoirs profonds (ex. manteau terrestre). Ces transferts s’opèrent via le volcanisme et via le recyclage de la croûte terrestre dans les zones de subduction.

Ainsi il est important de déterminer la capacité d’insertion d’un élément tel le fluor dans des minéraux hôtes présents dans le manteau. Dans le cadre d’une collaboration entre l’UPMC, le CEA, l’université d’Edinburgh et l’université of Western Ontario, l’étude de la co-incorporation du fluor et de l’eau dans la forstérite, minéral représentatif du manteau supérieur (jusqu’à 400 km de profondeur environ) a été entreprise. Ces minéraux ont été synthétisés dans des presses piston cylindre afin de reproduire les conditions de pression et de température du manteau supérieur.

En combinant deux techniques analytiques disponibles à la microsonde nucléaire du LEEL, il a été possible de doser l’eau et le fluor, éléments difficiles à mesurer dans ce type d’échantillons. Le fluor est quantifié par la réaction nucléaire 19F(p,p’γ)19F, l’eau (via l’hydrogène) par la technique ERDA 1H(α,p)4He.

Les résultats ont montré qu’il existe bien un lien entre l’incorporation du fluor et celle de l’eau. Le mécanisme d’incorporation du fluor, qui fait intervenir des défauts mixtes hydroxyle-fluorure, a par ailleurs pu être élucidé en combinant modélisation moléculaire ab initio et observations par spectroscopie infrarouge. Ces résultats suggèrent que les minéraux majeurs du manteau terrestre peuvent accommoder la totalité du fluor transitant par ce réservoir et que les cycles de l’eau et du fluor sont liés.


Clumped fluoride-hydroxyl defects in forsterite: Implications for the upper-mantle

C. Crépisson, M. Blanchard, H. Bureau, C. Sanloup, A. C. Withers, H. Khodja, S. Surblé, C. Raepsaet, K. Béneut, C. Leroy, P. Giura, E. Balan, Earth and Planetary Science Letters 390 (2014) 287.

 

Maj : 12/05/2014 (2341)

 

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