Le mystère des laves carbonatites de Tanzanie élucidé

Mercredi, 6 mai 2009

Dans un article publié cette semaine dans la revue Nature, une équipe internationale (France-USA-Tanzanie)*, rapporte les résultats d'une mission d'échantillonnage des gaz volcaniques au cratère du volcan de Tanzanie, Oldoinyo Lengai (la montagne des dieux en langue Masaï), connu pour émettre des carbonatites, laves rarissimes exemptes de silice et très riches en CO2. La chimie et la composition isotopique des gaz montrent que le CO2 provient directement du manteau sous jacent au rift Est Africain, semblable à celui qui alimente en magma les rides médio-océaniques. Ces résultats révèlent ainsi l'uniformité du manteau supérieur sous les océans comme sous les continents. L'abondance du CO2 et liée au processus de fusion et non à la composition du manteau. L'expédition dirigée par Pete Burnard et Bernard Marty, géochimistes au CRPG de Nancy (INSU-CNRS) était soutenue par l'Institut National des Sciences de l'Univers (CNRS) et la National Science Fondation.


Les carbonatites sont des laves volcaniques exceptionnelles qui contiennent environ 30 % de CO2, mais pas de silice, contrairement aux autres roches volcaniques. Ces laves font éruption à seulement 540°C, alors que les autres types de laves sont liquides à 800°C, voire 1200°C. Les carbonatites sont aussi extrêmement fluides, avec une viscosité comparable à celle du pétrole. Bien qu'elles aient été présentes tout au long de l'histoire de la Terre, leur éruption est un phénomène rare qui se produit actuellement dans un seul endroit au monde, le volcan Oldoinyo Lengai (la montagne des dieux en langue Masaï), situé dans la branche sud-est du rift africain en Tanzanie. Leur forte teneur en CO2 pose la question de la composition du manteau sous-jacent dont elles sont issues. Ces carbonatites sont-elle le témoin, d'un manteau localement particulièrement riche en carbone ?

  • Rift africain
  • Situation

L'équipe est arrivée au sommet du volcan (2960 m dans l'axe central du rift) au début d'une nouvelle phase éruptive, à un moment où le volcan était sous la pression de l'arrivée de magma frais. Elle a pu prélever des gaz d'une qualité exceptionnelle. Les gaz éruptifs échantillonnées sont issus du manteau et permettent de déterminer la concentration en carbone du manteau source des laves de l'Oldinyo Lengai à moins de 300 ppm (parties par million) de carbone. Cette concentration est identique à celle estimées pour le manteau sous les rides médio-océaniques. Le manteau sous rift de Tanzani n'a donc pas de particularité, c'est le processus de fusion qui conduit à la formation des laves qui lui, est exceptionnel.

Ces laves très particulières (carbonatites) proviennent d'un magmas parent(néphélinites) qui se forme par la fusion partielle, avec un taux de fusion très faible (moins de 0,3 %), d'un manteau supérieur typique. Le liquide issu de cette fusion magmatique produit alors, sans doute à faible profondeur, c'est-à-dire à basse pression, l'immiscibilité des carbonates et des silicates, un peu comme de l'eau et des gouttes d'huiles. (Des études précédentes avaient suggéré que des teneurs en CO2 plus importantes, jusqu'à plusieurs %, étaient nécessaires pour produire des néphélinites et des carbonatites). Ce sont carbonates fondus qui en s'épanchant en surface donnent les carbonatites.

Par ailleurs, les magmas de l'Oldinyo Lengai contiennent des teneurs en sodium très importantes, jusqu'à 35 %, qui rendent ces laves stables à la surface. Sur tous les autres volcans du monde, le CO2 se dégaze dans l'atmosphère sans produire ces magmas carbonatés riches en sodium. L'Oldoinyo Lengai émet également du carbone sous forme gazeuse dans l'atmosphère, en fait seul 1% du carbone issu du manteau se retrouve dans la lave carbonatite, le reste étant émis sous forme de CO2 gazeux.

Selon les auteurs, cette étude indique que le manteau supérieur sous les continents et les océans est un réservoir terrestre uniforme et bien mélangé, dans lequel les abondances de CO2, N2, He et Ar sont essentiellement les mêmes.

Ces travaux ont été financés par le programme Intérieur de la Terre de l'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU-CNRS).

Source(s): 

Upper-mantle volatile chemistry at Oldoinyo Lengai volcano and the origin of carbonatitesT. P. Fischer1, P. Burnard2, B. Marty2, D. R. Hilton3, E. Fu¨ri3, F. Palhol2, Z. D. Sharp1 & F. Mangasini4

  1. Department of Earth and Planetary Sciences, University of New Mexico,USA.
  2. Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, INSU-CNRS, Université de Nancy
  3. Geosciences Research Division, Scripps Institution of Oceanography, California,USA.
  4. Department of Mining and Mineral Processing Engineering, University of Dar Es Salaam, Tanzania.
Contact(s):
  • Pete Burnard, CRPG
    peteb [at] crpg [dot] cnrs-nancy [dot] fr, 03 83 59 42 13
  • Bernard Marty, CRPG (CNRS / Université de Lorraine)
    bmarty [at] crpg [dot] cnrs-nancy [dot] fr, 03 83 59 42 22

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