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Séminaires externes 2018-2019

Lundi 3 septembre 2018 à 13h : Katie Smart Insights into Archean volatile cycles and magmatism from diamonds and kimberlites

Diamonds from the 2.7 - 3 Ga Witwatersrand supergroup (South Africa) provide a unique window into carbon and nitrogen cycles on Mesoarchean Earth. Isotope compositional information from the diamonds suggest the presence of recycled nitrogen and relatively oxidized carbon in the upper mantle prior to 3 Ga. The carrier magma for the Witwatersrand diamonds remains speculative due to the scarcity of global kimberlite magmatism before 1.2 Ga, a feature that can be linked to the secular cooling of Earth.

Jeudi 27 septembre 2018 à 13h30 : Osvaldo P. Gonzalez Maurel Triggering of Neogene-Quaternary mafic eruptions in the northern Chilean Andes

The western margin of South America is the active magmatic arc of the Andean Central Volcanic Zone (CVZ) formed on a thick continental crust (70-74 km). The primitive magma composition is difficult to determine due to the scarcity of true basalts, with basaltic-andesite being the least-evolved volcanic product. This lack of mafic rocks is directly related to the significant crustal contribution to the parental magmas during their ascent. Most mafic magmas identified in Neogene and Quaternary volcanoes in the CVZ are isolated eruptions of basaltic-andesite to andesite lavas. Evidence of such rare mafic eruptions is concentrated in the Western Cordillera of northern Chile between 21º10’S to 22º50’S as lava fields erupted from stratovolcanoes and/or scoria cones. Based on new automated mineralogical analyses, whole rock geochemical data, and Sr and Nd isotope ratios of the aforementioned mafic volcanism and combined with the geological framework, yields information about the magmatic evolutionary processes and its spatio-temporal evolution, and even constrains a potential source for the parental magmas. According to macroscopic observations and microscopic petrography, combined with automated mineralogical analyses, all studied rocks are quite similar (overall colour, grain size), that is : porphyritic, containing four main mineral phases as phenocrysts (0.2 - 2.5 mm), plagioclase, orthopyroxene, clinopyroxene and/or olivine. Three main types of mafic rocks were identify based on the ferromagnesian assemblages : (i) olivine-bearing, (ii) olivine- and two-pyroxene-bearing, and (iii) two-pyroxene-bearing. In contrast, whole-rock geochemical and Sr and Nd isotopic data reveal a compositional heterogeneity for the parental magmas (52.5 - 64.8 wt% SiO2 ; 1.76 - 6.33 wt% MgO ; 2 - 382 ppm Cr ; 3 - 80 ppm Ni ; 87Sr/86Sr = 0.70554 - 0.70875 ; 143Nd/144Nd = 0.512208 - 0.512513). The petrogenesis of these rare mafic rocks is resembled by the interplay of magma mixing, assimilation and fractional crystallization (AFC), and assimilation during turbulent ascent (ATA) processes. Mineralogy and geochemistry indicate temporal compositional changes, including the processes involved in the magmatic evolution in time, nevertheless the final composition of the mafic input erupted is related to the spatial framework of the Altiplano-Puna Magma Body (APMB). The spatial distribution of the studied volcanoes define that the least differentiated lava fields are concentrated at the borders of the large partial melt body, where the minimum thickness of the vertical mush column is located. To erupt these Neogene-Quaternary mafic rocks, the parental magmas required a combined effect of a restricted degree of interaction with the APMB melts, which is linked to a rapid ascent due to thermal ductility and faulting features in the mid-upper crust.

Jeudi 11 octobre 2018 à 13h00 : Stacy Carolin, University of Insbruck Speleothems reveal Western Asia rainfall response to abrupt millennial events and orbital forcing, 190-70 kaBP

Western Asia, from the Levant across the Tigris-Euphrates river basin and through Iran, is comprised of several areas labeled as high overall water risk. Dust storms are also a particular health hazard in the area. More palaeoclimate records are needed to improve our understanding of rainfall variability beyond the instrumental record in this region, which currently relies on knowledge gained mostly from lake records and loess deposits. Here we present a speleothem record from northeast Iran spanning 190-70 ka. The site today receives a small amount of rainfall in the winter to spring months, 250 mm total annually, making caves in the region under modern conditions particularly dry. Oxygen isotopes in the calcite layers are also difficult to interpret due to the general location of the cave, which is far inland, causing precipitation to form from water vapor that may have traveled along many rainout pathways and originated from various source waters. Nonetheless, we present a stalagmite oxygen isotope record that reveals shifts to more positive values on a millennial scale that are strikingly similar to the Greenland stadial events. We use additional metal elements (local rainfall proxies) that have precipitated within the speleothem calcite, and a limited number of speleothem oxygen isotope records available in other parts of Western Asia to interpret the cause of the oxygen isotope enrichment in northeast Iran and the associated rainfall changes. The northeast Iran record also reveals significant precession-length period variations, with higher precession in phase with lighter oxygen isotope values. We use atmospheric climate model experiments and several speleothem records with precession-length period variations across Asia to interpret these signals as rainfall pattern or amount changes in either the winter or summer season. Finally, we note the sole deviation of the low-resolution oxygen isotope record from its linear relationship with precessional forcing, which occurs between 155-135 ka. We suggest that the relationship has broken down here due to the presence of large Eurasian ice sheets, which likely had a significant impact on the atmospheric circulation system that typically carries moisture from the Atlantic across Europe and the Mediterranean into Iran.

Jeudi 8 novembre 2018 à 13h30 : Alessio Sanfilippo, (Dep. of Earth and Environmental Sciences, University of Pavia & IGG-CNR Pavia, Italy) : Melting an ancient, depleted mantle at Mid Ocean Ridges

The use of combined radiogenic isotope systematics (e.g., Os, Nd, Hf, Sr, Pb) on mantle peridotites and erupted melts reveals an extreme heterogeneity of the asthenospheric mantle, which is nowadays considered to consist of portions re-enriched in fusible elements and portions an old, refractory oceanic lithosphere survived from re-homogeneization in the asthenosphere. This contribution infer that ancient (> 1 Ga), ultra-depleted domains in the upper mantle have the ability to produce melts, and that these “ultra-depleted” and “radiogenic” melts have a fundamental -and so far unrecognized - contribution in the basalts chemistry.

Jeudi 15 novembre 2018 à 13h30 : James Farquhar (University of Maryland, USA) : Four S-isotope provide information about reaction pathways (equilibrium vs kinetic effects) and geochemical processes

This talk will review the basic principles that control the nature of sulfur isotope variability in terrestrial environments extending from the modern atmosphere to the ancient atmosphere, sediments in deep geological time, and recycling of material from ancient sediments to solid-Earth reservoirs. It will be focused on some recent work with ice core sulfate (collaboration with Joel Savarino and Elsa Gautier) and some experiments related to transfer of the S isotope signal to pyrite in microbial experiments we have done.

Lundi 19 novembre 2018 à 11h : Romain Delunel, U. Bern Applications récentes et futures des nucléides cosmogéniques dans les archives (et flux) sédimentaires

Depuis une vingtaine d’années, l’utilisation des nucléides cosmogéniques produits in situ tels que le beryllium-10 s’est imposée comme une méthode unique pour la datation absolue des formations superficielles quaternaires d’origine fluviatile, glaciaire ou encore gravitaire. En outre, la concentration en nucléides cosmogéniques dans les sédiments, actuels ou anciens, permet de tracer les flux sédimentaires et de quantifier les taux de dénudation moyens pluriséculaires à l’échelle du bassin versant.
Après une présentation de cette approche méthodologique, je vous présenterai les principaux enseignements issus d’une compilation des taux de dénudation pour plus de 350 bassins versants alpins. Enfin, je proposerai une application possible de cette méthode afin de quantifier, dans l’espace et le temps, les contributions respectives des processus naturels et des perturbations anthropiques dans l’évolution pédo-géomorphologique des systèmes naturels et anthropisés.

Mercredi 21 novembre 2018 à 13h : Christoph Burkhardt, Institut für Planetologie - Münster (Allemagne) Solar system genealogy — from grains to planets

Understanding the formation and evolution of our solar system through the analysis of meteorites took great leaps forward in the last years. This progress is in particular driven by the discovery of minute nucleosynthetic isotope anomalies in meteorites and their components. These anomalies are conservative in nebular and planetary processes and thus provide a unique tool for unraveling genetic relationships among planetary materials. In this talk I will provide an overview of the state of the art in this emerging field, with a focus on the inferred early solar system structure and the dynamics of volatile delivery to Earth and Mars.

Jeudi 29 novembre 2018 à 13h : Marc Monnereau (IRAP Toulouse) Modélisation de Vesta et de Cérès, et ségrégation métal-silicate

En septembre 2012, la sonde Dawn quitte Vesta qu’elle a étudiée pendant plus d’un an pour rejoindre Céres autour de laquelle elle tourne encore. Cette première partie de la mission confirme Vesta comme le corps parent des météorites HED (gabbros et pyroxénites cumulatives). Ces témoins d’une activité magmatique très précoce (i.e. datant des premiers millions d’années de la formation du système solaire), est probablement due à la présence de l’isotope radioactif 26Al en abondance suffisante au moment de la formation des corps rocheux primitifs pour permettre leur fusion. La différenciation de Vesta et la formation des HED ont été d’abord vues comme le résultat de la cristallisation d’une fusion totale du corps. Pourtant, la migration de la principale source chaleur, contenue dans le premier minéral fondu, le plagioclase, rend ce scénario assez difficile. On montre cela via un modèle de migration des magmas, basé sur les équations de la compaction, couplé à un diagramme d’équilibre de phase simplifié (olivine-anorthite-quartz). Cela permet de calculer l’évolution de la minéralogie en fonction du temps et de la profondeur. Les résultats montrent que les eucrites et les diogénites pourraient être une caractéristique commune des petits corps les plus gros (quelques centaines de km de diamètres) formés très tôt dans l’histoire du système solaire.

Jeudi 6 décembre 2018 à 13h : Catherin Annen, Bristol University Accumulation, différentiation et cristallisation des magmas dans la croûte continentale

Le magmatisme est un phénomène complexe dont la compréhension nécessite de prendre en compte ses dimensions spatiales et temporelles. Les données géophysiques, géochronologiques et expérimentales permettent d’élaborer des modèles conceptuels qui peuvent être testés avec des simulations numériques. Celles-ci indiquent que les vitesses de transfert et de mise en place des magmas dans la croûte sont déterminantes pour la génération des chambres magmatiques. Les calculs de transfert de chaleur montrent que la plupart des corps ignés superficiels se sont mis en place trop lentement pour que de grandes quantités de magmas aient pu s’accumuler dans les niveaux supérieurs de la croûte. En conséquence, il est vraisemblable que l’essentiel de la différentiation magmatique opère à des niveaux plus profonds en milieu et base de croûte. La compréhension des conditions d’accumulation des magmas présente un intérêt non seulement académique, mais également sociétal, dans la mesure où elle affecte les modèles de genèse de certaines ressources minières ainsi que notre interprétation des précurseurs d’éruptions volcaniques.

Jeudi 17 Janvier 2019 à 13h30 : Anne Magali Seydoux Guillaume (CNRS, St Etienne) : Dans l’intimité de minéraux radioactifs : des mécanismes révélés aux extrêmement petites échelles

L’intérêt pour les effets de l’irradiation dans les minéraux radioactifs remonte à plus de 120 ans, avant même la découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel, puisque le terme “metamikte” fût défini en 1893 par Waldemar Christopher Brøgger pour décrire un minéral optiquement isotrope, présentant des fractures conchoïdales mais dont les faces cristallographiques étaient préservées. En Sciences de la Terre, certains minéraux radioactifs (riches en U et Th) sont utilisés pour dater les roches (e.g. zircon, monazite) ou pour reconstruire une histoire thermique (thermochronométrie basse température sur zircons, apatites). Pour connaître la capacité de ces minéraux à enregistrer un évènement et en connaître la signification, il est nécessaire de comprendre les effets induits par l’irradiation sur leurs structures. Dès leur formation, ces minéraux accumulent des dégâts d’irradiation principalement liés à la désintégration α des 3 chaînes radioactives de U et Th. Soumis à ces rayonnements sur une longue période de temps, les minéraux se comportent de manières différentes : certains deviendront amorphes (métamictes), comme par exemple le zircon, tandis que d’autres restent cristallisés, par exemple la monazite et l’apatite. Un autre intérêt pour les minéraux radioactifs est apparu à partir de 1975 dans un contexte industriel particulier questionnant la gestion des déchets nucléaires. La compréhension de l’effet de l’accumulation des dégâts d’irradiation dans les minéraux sur le long terme (plusieurs millions d’années) est devenue un paramètre et un atout majeur pour évaluer la durabilité des céramiques qui pourraient être utilisées pour le stockage des déchets nucléaires. Dans cet exposé, je montrerai comment le Microscope Electronique en Transmission (MET), et plus récemment en particulier grâce au couplage avec la Sonde Atomique Tomographique (APT), a permis des avancées dans notre compréhension des mécanismes actifs à l’échelle nanométrique, au cours des temps géologiques.

Mercredi 6 février 2019 à 13h30 : Michael Jollands (UNIL Lauzanne ) : Hydrogen diffusion in minerals : unravelling the last moments of magmatic activity

The power of diffusion chronometry lies in its ability to elucidate timescales of geological processes, regardless of the absolute age of the event. Perhaps the most extreme example of this comes from hydrogen, an element that diffuses so rapidly that it can record processes taking just minutes to hours at magmatic temperatures. We are combining experimental petrology and volcanic samples to better characterise and further understand the behaviour of hydrogen in quartz and olivine. In both materials, the rate at which hydrogen diffuses is not governed solely by its diffusivity, but the availability and rate of inter-site reaction pathways occurring within the crystal – these complications, plus applications, and scope for future work, will be discussed.

Mercredi 13 Mars 2019 à 13h30 : Vincent Balter (LG TPE Lyon ) : Des dinosaures, des souris et des boîtes de Petri


Jeudi 21 mars 2019 à 13h30 : Alberto Zanetti (IGG-CNR Pavia) : New insights into the Permo-Triassic geodynamic evolution of the Africa-Europe boundary : evidence from the Ivrea-Verbano Zone

The westernmost area of the Southern Alps (i.e. the part of the Alpine belt that escaped subduction and metamorphism) is represented by the Ivrea-Verbano Zone (IVZ) and Serie dei Laghi sequences, which allow to document a nearly complete column of the continental crustal of the Adria plate, from IVZ rocks that during Paleozoic were located at more than 1.1 GPa, up to the Mesozoic carbonate platform.

This is unique opportunity to unravel the structure and composition of the continental crust and characterise the geodynamic evolution of the Africa-Europe boundary, at least since the Paleozoic. The IVZ is formed by amphibolite-facies metapelites, metavolcanics and marbles (Kinzigite Formation) mainly recording the collisional stages of the Variscan orogeny. Close to the Insubric Line, the metamorphic rocks are in granulite-facies, after large degrees of partial melting (up to 40% by Vol) occurred during a regional heating in the post-collisional stage of the Variscan cycle. Granulites formed during a regional heating in the post-collisional stage of the Variscan cycle.

Concomitantly to such heating event the IVZ was intruded by large volumes of mantle-derived melts, which segregated the mafic-ultramafic rocks of the so-called Mafic Complex. Large mantle bodies outcrop, in particular in proximity of the Insubric line. Detailed mapping demonstrated that the mantle peridotites in the central IVZ were lenses tectonically interfingered with amphibolite-to-granulite-facies metamorphic rocks since the Variscan orogenic cycle or before, likely as part of an accretionary wedge.

Ongoing investigations have unravelled that the IVZ records different tectono-magmatic stages occurred during Triassic - Lower Jurassic. These events were characterised by migration of different melt types, mostly alkaline, and by a progressive thinning governed by deep, nearly horizontal, shear zones. Magmatism mainly formed discrete dykes and veins enriched in Ti-pargasite, Ti-mica, albite, nepheline and K-feldspar, and subordinately plumasite (corundum, oligoclase, zircon and biotite) and carbonatite dykes. The U-Pb zircon systems closed at 190-180 Ma, which is considered the age of exhumation of the continental roots at shallower crustal levels. A slice of an actual Paleo-Moho was likely exhumed in the Northern IVZ (i.e. the Finero Complex). Successively, the extension focalised westward, inducing the opening of the Jurassic Alpine Tethys.

Jeudi 4 Avril 2019 à 13h30 : Christoff Andermann (IGFZ Potsdam) : The anatomy of the 2016 Bhotekoshi outburst flood in Nepal, insights from geophysical, hydrological and geochemical observations.

Earth surface processes in the Himalayas are governed by the intense and wet monsoon season. In addition to the monsoon, extreme events such as earthquakes and large floods can disturb the earth surface processes in this region. On the night of 5th July 2016, a rather small glacial dammed lake on the Tibetan side of the Himalayan range failed catastrophically, causing a flood wave that came rushing down the Bhotekoshi-Sunkoshi river. This flood disturbed the river bed and reconfigured its channel morphology. The flood passed through a seismic and hydrological observatory installed along the river in June 2015 by the GFZ Potsdam, in cooperation with its partners. The seismic, hydrological and geochemical observations, together with repeated remote sensing monitoring, enabled us to disassemble the physics and processes of this particular event. In this presentation, I will present the results of these observations and discuss the role of this special event in high Himalayan earth surface processes.

Jeudi 25 Avril 2019 à 11h00 : Mathieu Daeron (LSCE Orsay) : Treize ans de clumping isotopique dans les carbonates : de l’âge ingrat à l’âge adulte ?

Jeudi 2 mai 2019 à 13h30 : Dirk Scherler (German Research Centre for Geosciences GFZ and Freie Universität Berlin) : Spatial and temporal variations of erosion rates in the headwaters of the Yamuna River, Indian Himalaya

The Himalaya is often considered to be a type locality for climate modulated erosion, and thus for a strong coupling between climate and tectonics. For example, the steep north-south gradient in orographic rainfall coincides with steep gradients in topography, exhumation, and erosion rates. Furthermore, temporal changes in erosion rates have been linked to orbital-scale changes in rainfall intensity or glacial-interglacial changes in temperatures.

I will present previous and on-going work from the headwaters of the Yamuna River, Indian Himalaya, based primarily on cosmogenic 10Be in fluvial sediments, which provide a detailed picture of spatial and temporal changes in erosion rates. Recently obtained paleo-erosion rate estimates from a fluvial terrace close to the High Himalaya point at a strong impact of subglacial derived sediments during glacial periods, but only a limited influence of climate on non-glaciated areas. Furthermore, paleo-erosion rate estimates from <6 Ma foreland deposits indicate cyclic erosion rate changes that we link to tectonic processes in the Yamuna catchment, but no obvious trend related to the Quaternary glacial cycles.

Jeudi 16 mai 2019 à 13h30 : François Régis Orthous Daunay (IPAG Grenoble) : Molecular growth in the solar system

La cosmochimie organique a pour objet l’étude des molécules carbonées dans les environnements spatiaux, du milieu interstellaire à la surface des planètes avec l’ambition de décrire l’histoire de ces objets et de prédire leur avenir. On suppose qu’il existe une évolution moléculaire qui résulte de réactions chimiques liant des atomes les uns aux autres. Ainsi, à mesure que la densité des milieux augmente et que leur température diminue, des molécules de plus en plus lourdes sont observées dans des mélanges de plus en plus complexes. Cette évolution relie l’hydrogène primordial qui constitue l’essentiel du milieu interstellaire à la biosphère terrestre et ses innombrables molécules organisées en cycle de réplication. Les chondrites carbonées sont des météorites qui sont prises pour des échantillons d’astéroïdes non différenciés et dans lesquelles on retrouve les plus forts taux de matière organique. On estime qu’elles sont les roches les plus anciennes du système solaire disponibles pour des analyses en laboratoire. Je montrerai comment on peut extraire le mélange de molécules organiques de ces roches pour en faire la spectrométrie de masse, c’est-à-dire mesurer la distribution de la quantité de tel ou tel assemblage stœchiométrique. En effet, l’apport récent des techniques à transformée de Fourier (FT-ICR et Orbitrap) et leurs pouvoirs séparateurs inégalés a été de pouvoir résoudre la masse de chacune des molécules d’un mélange et de le décrire en intégralité, d’une seule mesure. D’après le spectre de masse, je construirai un estimateur du degré de polymérisation des molécules du mélange mesuré. Dans certains cas favorables, le mélange peut être divisé en sous-ensembles de molécules ne différant l’une de l’autre que par l’ajout d’un motif stœchiométrique bien identifié. Cette propriété confère au mélange les caractéristiques d’un réseau. En étudiant ce réseau dans une direction particulière, on peut lui associer des paramètres de croissance. En termes chimiques, il s’agit d’interpréter la distribution en masse comme le résultat d’une réaction d’ajouts successifs d’un groupement choisi, soit une polymérisation. De la caractérisation de l’avancement de la croissance moléculaire des mélanges extraterrestres je proposerai un mode de formation et une origine dans le système solaire. Par comparaison avec de multiples travaux de synthèse organique, et en particulier ceux menés au CRPG, je montrerai que les paramètres de croissance des mélanges extraterrestres sont contrôlés par la composition des précurseurs inorganiques à leur origine. Tout indique en effet que les mélanges gazeux très réducteurs, à l’instar de ceux présents dans les disques protoplanétaires, sont les meilleurs candidats pour expliquer les observations faites sur les chondrites.

publié mercredi 14 août 2013