Melt extraction zones and the formation of comb layers and orbicules in shallow calc‐alkaline plutons, Fisher Lake, Sierra Nevada

Thèse soutenue par Anders McCarthy, le 14 juillet 2016, Institut des sciences de la Terre (ISTE)

Le volcanisme d’arc est produit par la déshydratation de la plaque subductante qui va abaisser la température de fusion du manteau, permettant ainsi la genèse de magmas basaltiques qui vont remonter à travers le manteau et la croûte continentale. La baisse de pression et le refroidissement lors de l’ascension va permettre aux magmas d’évoluer par cristallisation fractionnée vers des liquides plus évolués.

Afin d’étudier les mécanismes d’extraction des magmas à travers la croûte et leur transport jusqu’à la surface, nous nous focalisons sur la présence de litage en peigne (comb layers) et d’orbicules dans la région de Fisher Lake, dans la Sierra Nevada, en Californie (USA). Ce litage est caractérisé par la croissance de minéraux allongés perpendiculairement à la surface du litage, cristallisant soit sur un xénolite (morceau de roche remobilisé par le magma) ou le rebord d’un pluton dans des contacts intraplutoniques.

Le litage en peigne peut former un litage rythmique plurimétrique composé de plusieurs centaines de couches de minéralogie et texture variées. Le processus de formation de ces roches reste controversé et inclus des processus métamorphiques, de migration de fluides ou de mélanges entre magmas.

L’étude détaillée des différentes lithologies nous montre que le minéral primaire cristallisant pour former les orbicules et le litage en peigne est le plagioclase, formant un litage représentant un cumulat. Nous interprétons le formation de ces couches comme résultant de l’ascension de magma hydratés à travers la croûte lors d’une remontée adiabatique, induisant la dissolution de minéraux préexistants. Lorsque ce magma atteint la saturation en volatiles à faible profondeur, une cristallisation par décompression aura lieu, permettant au plagioclase de cristalliser sur des surfaces solides préexistantes.

Par ailleurs, un gradient thermique sur les roches encaissantes permet de créer une plus grande diversité de litage magmatique en induisant, par exemple, la cristallisation d’amphiboles en texture en peigne qui ne se forment pas sur les orbicules. Après la formation d’une première couche, le liquide résiduel évolué sera assimilé et érodé par le magma ascendant, permettant la cristallisation d’une nouvelle couche.

Nous mettons en évidence que des couches décimétriques de litage en peigne se forment par un seul évènement (injection) magmatique. La formation d’orbicules et comb layers est le résultat de deux contraintes principales, (i) la quantité d’eau dans le magma et (ii) la capacité du magma à remonter de manière adiabatique. Nous interprétons le litage en peigne et les orbicules comme des reliques de migration de magmas à l’interface entre des plutons préexistants. Ils se forment à faible pression (env. 2 kbar) dans les profondeurs du système racinaire volcanique et montre l’existence de structures d’ascension de magma se manifestant potentiellement par des éruptions volcaniques.

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