Une nouvelle découverte tectonique explosive pourrait aider à expliquer l’emplacement des gisements de minerai d’argent et d’or

Photographie au microscope d’une roche crustale d’arc inférieur utilisée dans l’étude montrant des minéraux de grenat (rouge) et de clinopyroxène (vert). Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs

Le magma sous les zones de collision tectonique est plus humide qu’on ne le pensait

De nouvelles découvertes de recherche peuvent aider à expliquer comment la croûte terrestre se forme, l’emplacement des gisements de minerai et pourquoi certains volcans sont plus explosifs que d’autres.

Une nouvelle étude a découvert que les plaques continentales en collision pourraient attirer plus d’eau qu’on ne le pensait auparavant. Les résultats pourraient aider à expliquer l’explosivité de certaines éruptions volcaniques, ainsi que la répartition des gisements de minerais tels que le cuivre, l’argent et l’or. La recherche a été menée par des géologues de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI),

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MIT est l’acronyme de Massachusetts Institute of Technology. C’est une prestigieuse université de recherche privée à Cambridge, Massachusetts qui a été fondée en 1861. Elle est organisée en cinq écoles : architecture et planification ; ingénierie; sciences humaines, arts et sciences sociales; la gestion; et les sciences. L’impact du MIT comprend de nombreuses percées scientifiques et avancées technologiques. Leur objectif déclaré est de créer un monde meilleur grâce à l’éducation, à la recherche et à l’innovation.

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The findings are based on an analysis of ancient magmatic rocks recovered from the Himalayan mountains — a geologic formation that is the product of a subduction zone, where two massive tectonic plates have crushed against each other, one plate sliding beneath the other over millions of years.

Subduction zones can be found around the world. As one tectonic plate slides beneath another, it can take ocean water with it, drawing it deep into the mantle, where the liquid can merge with rising magma. The more water magma contains, the more explosive an eruption may be. Subduction zones therefore are the sites of some of the strongest and most destructive volcanic eruptions in the world.

Kohistan Paleo-Arc Rock

Rocks rich in the minerals garnet (red) and amphibole (black) from the Kohistan paleo-arc, similar to samples analyzed in the present study (hammer shown for scale). Credit: Courtesy of Othmar Müntener

Their analysis, published on May 26, 2022, in the journal

“The question was, are these rocks that rose quickly and erupted representative of what’s really going on down deep, or is there some surface process that skews those numbers?” Urann says.

Benjamin Urann

Benjamin Urann, who graduated from the MIT-WHOI Joint Program in 2021 and is now a NSF postdoctoral fellow at U of Wyoming, analyzes water in minerals with a secondary ion mass spectrometer at the Woods Hole Oceanographic Institution. Credit: Benjamin Urann

Taking a different approach, the team looked to ancient magmatic rocks called plutons, that remained deep beneath the surface, never having erupted in the first place. These rocks, they reasoned, would be more pristine recorders of the water they originally absorbed.

Urann and Le Roux developed new analytical methods by secondary ion mass spectrometry at WHOI to analyze water in plutons collected previously by Jagoutz and Müntener in the Kohistan arc — a region of the western Himalayan mountains comprising a large geologic section of rock that crystallized long ago. This material was subsequently upheaved to the surface, exposing layers of preserved, unerupted plutons, or magmatic rock.

“These are incredibly fresh rocks,” Urann says. “There is no evidence of the rocks’ crystals being disturbed in any way, so that was the driver for using these samples.”

Urann and Le Roux selected the freshest samples and analyzed them for signs of water. They combined water measurements with the composition of minerals in each crystal and plugged these numbers into an equation to back-calculate the amount of water that must have been absorbed originally by magma, just before it crystallized into its rock form.

In the end, their calculations revealed that the arc magmas contained an original water content of more than 8 percent by weight.

The team’s new estimates may help to explain why volcanic eruptions in some parts of the world are stronger and more explosive than others.

“This water content is key to understanding why arc magmas are more explosive,” says Cin-Ty Lee, professor of geology at Rice University who was not involved in the research. “The water content of arc magmas is a bit of a mystery because it’s so hard to reconstruct original water content. Most of the community uses [erupted volcanic rock], mais elles sont bien éloignées de leurs sources profondes. Donc, si vous pouvez aller directement au manteau, c’est la voie à suivre. La [rocks in the current study] sont aussi proches que possible.

Les résultats peuvent également indiquer des endroits dans le monde où des gisements de minerai – et de fortes concentrations de cuivre, d’argent et d’or – pourraient être trouvés.

“On pense que ces dépôts se forment à partir de fluides magmatiques – des fluides qui se sont séparés du magma initial, qui transportent du cuivre et d’autres métaux en solution”, explique Urann. “Le problème a toujours été que ces dépôts nécessitent beaucoup d’eau pour se former – plus que ce que vous obtenez des magmas avec une teneur en eau de 4 %. Notre étude montre que les magmas super-hydratés sont des candidats de choix pour former des gisements de minerai économiques.

Référence : « High water content of arc magmas enabled in cumulates from subduction zone lower crust » par BM Urann, V. Le Roux, O. Jagoutz, O. Müntener, MD Behn et EJ Chin, 26 mai 2022, Géoscience de la nature.
DOI : 10.1038/s41561-022-00947-w

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation et le Woods Hole Oceanographic Institution Ocean Venture Fund.

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