Dégazage au sein du manteau supérieur : contraintes sur la source et l’évolution du CO2 volcanique

Mardi, 6 novembre 2018

En couplant barométrie et composition des inclusions fluides piégées au sein de cristaux de laves et d’enclaves récentes du Piton de La Fournaise, une nouvelle étude a permis d’offir un éclairage nouveau sur l’évolution du CO2 depuis la source mantellique jusqu’à son dégazage dans l’atmosphère. L’un des résultats les plus remarquables est la présence d’un dégazage précoce important (90%) du CO2 au sein du manteau supérieur. Un tel résultat, produit par une équipe internationale(1), soulève des problématiques majeures quant à la contribution volcanique au budget carbone dans l’atmosphère et son impact sur les dynamiques climatiques. 

Au regard du rôle du CO2 sur les dynamiques climatiques passées, actuelles et futures, l’évaluation du budget terrestre en carbone est un sujet d’actualité brûlant pour la communauté scientifique (Deep Carbon Observatory ; https://deepcarbon.net/). Depuis quelques années, de nombreuses études ont démontré que les estimations de la concentration en carbone au sein du manteau ainsi que l’évaluation du budget de CO2 associé au dégazage volcanique pourraient être fortement sous-estimées. 

Grâce à une coopération franco-italienne impliquant des chercheurs du Laboratoire Géosciences Réunion (LGSR), de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) et de l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) une nouvelle étude publiée en juin 2018 dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta vient offrir un nouvel éclairage sur cette problématique. Menée au Piton de la Fournaise, dans un contexte de type « OIB » (Ocean Island Basalt) encore peu contraint par rapport au « MORB » (Mid-Ocean-Ridge Basalt) , cette étude se base sur une nouvelle approche couplant (i) barométrie des inclusions fluides piégées dans les cristaux d’enclaves et de laves représentatives de différents niveaux de la plomberie magmatique associée et (ii) géochimie de la phase gazeuse piégée (13C, He-Ar-CO2). 

Un tel couplage a permis de tracer l’évolution du CO2 depuis le manteau supérieur jusqu’aux réservoirs magmatiques les plus superficiels situés au sein de l’édifice volcanique. A ce titre, les chercheurs ont proposé un modèle d’évolution du CO2 (concentration, 13C) à différentes profondeurs de la plomberie magmatique de l’édifice volcanique. Ce modèle pourrait permettre, via l’analyse de l’évolution temporelle de la signature isotopique du carbone dans le CO2 des émissions gazeuses, de caractériser la profondeur et/ou l’état d’avancement du dégazage du magma impliqué, fournissant ainsi de précieux indices quant à la surveillance des édifices volcaniques.

Cette nouvelle approche a également mis en évidence que près de 90% du CO2 initialement contenu dans les magmas primaires du Piton de la Fournaise était déjà exsolvé au sein du manteau supérieur. Ce résultat contraste avec les observations faites sur d’autres édifices en contexte « OIB » comme le Kilauea (Hawaii), mais fournit une explication raisonnable à la nature évoluée et dégazée des laves émises au Piton de la Fournaise ainsi qu’à la faiblesse des émissions gazeuses inter-éruptives dans la partie active de l’édifice. Ce processus serait dépendant de la vitesse de remontée des magmas à travers les multiples zones de stockage magmatique au sein de la plomberie magmatique de l’édifice et pourrait être commun à nombre d’édifices volcaniques. 

Un tel dégazage précoce au sein du manteau supérieur soulève également des questions importantes quant à l’interprétation des signatures isotopiques appauvries (13C) associées à certains réservoirs mantelliques et au calcul des concentrations en carbone dans le manteau terrestre. Les chercheurs proposent en effet une réévaluation de la concentration en carbone dans la source mantellique alimentant l’activité magmatique du Piton de la Fournaise (716±525 ppm) en accord avec celle estimée pour le « bulk mantle ». En conséquence, au Piton de la Fournaise, le flux de CO2 réel associé serait supérieur d’au moins un ordre de magnitude au flux de CO2 mesuré classiquement par méthodes directes dans les émissions gazeuses. A plus grande échelle, ces résultats interpellent sur l’estimation actuelle des flux de CO2 d’origine volcanique. Ils plaident en faveur d’une réevaluation de la contribution volcanique au budget carbone dans l’atmosphère et de son impact sur la dynamique climatique.

Note(s): 
  1. Les laboratoires/insitututs français implqiués sont le Laboratoire GéoSciences Réunion (LGSR/OSU-R, Université de La Réunion/IPGP/CNRS/Université Paris Diderot), l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP, Université Sorbonne Paris Cité/CNRS), associé à l'Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise (OVPF).
Pour en savoir plus: 

Boudoire, G., Rizzo, A.L., Di Muro, A., Grassa, F., Liuzzo, M. (2018) Extensive degassing in the upper mantle beneath oceanic basaltic volcanoes : First insights from Piton de la Fournaise volcano (La Réunion Island), Geochimica et Cosmochimica Acta, doi:10.1016/j.gca.2018.06.004

Contact(s):
  • Guillaume Boudoire, IPGP
    guillaume [dot] boudoire [at] gmail [dot] com, +39 3334864501

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