Géothermobarométrie - Geothermobarometry

La géothermobarométrie est la science qui consiste à mesurer l'historique de la pression et de la température d'une roche ignée métamorphique ou intrusive . La géothermobarométrie est une combinaison de géobarométrie , où une pression de formation minérale est résolue, et de géothermométrie où une température de formation est résolue.

Méthodologie

La géothermobarométrie repose sur la compréhension de la température et de la pression de formation des minéraux dans les roches métamorphiques et ignées, et est particulièrement utile dans les roches métamorphiques. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la température ou la pression de la formation minérale en s'appuyant sur l' équilibre chimique entre les minéraux métamorphiques ou en mesurant la composition chimique des minéraux individuels.

La thermobarométrie repose sur le fait que les paires/assemblages minéraux varient leurs compositions en fonction de la température et de la pression. De nombreux facteurs supplémentaires doivent être pris en compte, tels que la fugacité de l' oxygène et l'activité de l'eau (à peu près les mêmes que la concentration). La répartition des éléments constitutifs entre les assemblages minéraux est ensuite analysée à l'aide d'une microsonde électronique ou d'un microscope électronique à balayage (MEB).

Les données sur les géothermomètres et les géobaromètres sont dérivées à la fois d'études en laboratoire sur les assemblages minéraux artificiels, où les minéraux sont cultivés à des températures et pressions connues et l'équilibre chimique mesuré directement, et de l'étalonnage utilisant des systèmes naturels.

Par exemple, l'un des géothermomètres les plus connus et les plus largement applicables est la relation grenat-biotite où les proportions relatives de Fe et Mg dans le grenat et la biotite changent avec l'augmentation de la température, donc la mesure des compositions de ces minéraux pour donner le Fe-Mg la répartition entre eux permet de calculer la température de cristallisation, compte tenu de certaines hypothèses.

Hypothèses

Dans les systèmes naturels, les réactions chimiques se produisent dans des systèmes ouverts avec des histoires géologiques et chimiques inconnues, et l'application des géothermobaromètres repose sur plusieurs hypothèses qui doivent être vérifiées pour que les données de laboratoire et les compositions naturelles se rapportent de manière valide :

  • Que l'assemblage minéralogique complet requis pour le thermobaromètre est présent. Si tous les minéraux de la réaction ne sont pas présents ou ne s'équilibrent pas les uns avec les autres simultanément, alors les pressions et températures calculées pour la réaction idéale s'écarteront de celles réellement subies par la roche.
  • Cet équilibre chimique a été atteint à un degré satisfaisant. Cela pourrait être impossible à démontrer définitivement, si les minéraux de l'assemblage du thermobaromètre ne sont pas tous observés en contact les uns avec les autres.
  • Que tous les minéraux contenus dans un baromètre ou un thermomètre à deux minéraux se sont développés en équilibre, ce qui est supposé lorsque les minéraux sont en contact.
  • Que l'assemblage minéral n'a pas été altéré par le métamorphisme rétrograde, qui peut être évalué à l'aide d'un microscope optique dans la plupart des cas.
  • Que certains assemblages minéralogiques sont présents. Sans ceux-ci, la précision d'une lecture peut être altérée par rapport à un idéal, et il peut y avoir plus d'erreurs inhérentes à la mesure.
  • Que les minéraux présents en lames minces sont dans le même état de solution solide que dans le modèle. De nombreux minéraux tels que les feldspaths et l'augite ont une gamme de variations de solutions solides. Chaque variation peut affecter le modèle et la façon dont une roche se métamorphose au fil du temps.

Technique

Certaines techniques incluent:

Géothermomètres

  • Teneur en Ti de saturation du mica biotite .
  • Echange Fe-Mg entre grenat-biotite et grenat - amphibole .
  • Systématique du Mg-Fe dans les pigeonites et augites
  • Teneur en Zr de rutile , efficace pour des températures plus élevées que le thermomètre Ti-en-biotite. Nécessite l' équilibrage du quartz, du rutile et du zircon .
  • Thermomètre à cristallisation Ti-in-zircon

Notez que les thermomètres à échange Fe-Mg sont empiriques (testés et calibrés en laboratoire) ainsi que calculés sur la base d'une compréhension thermodynamique théorique des composants et des phases impliqués. Le thermomètre Ti-dans-biotite est uniquement empirique et n'est pas bien compris thermodynamiquement.

Géobaromètres

  • HALETER; acronyme pour l'assemblage grenat-(Al 2 SiO 5 )-silice( quartz )- plagioclase
  • GPMB ; acronyme pour l'assemblage grenat-plagioclase- muscovite- biotite
  • Grenat-plagioclase-hornblende-quartz.
  • Hornblende

Divers assemblages minéraux reposent davantage sur la pression que sur la température; par exemple des réactions qui impliquent un grand changement de volume. À haute pression, des minéraux spécifiques prennent des volumes plus faibles (donc la densité augmente, car la masse ne change pas) - ce sont ces minéraux qui sont de bons indicateurs de paléo-pression.


Logiciel

Certains logiciels incluent :

Thermobarométrie clinopyroxène

Article principal: thermobarométrie clinopyroxène

Le clinopyroxène minéral est utilisé pour les calculs de température et de pression du magma qui a produit la roche ignée contenant ce minéral.

Les références

  • Winter, D.John.Thermodynamique des réactions métamorphiques : Géothermobarométrie, 543-556
  • Henry, DJ, Guidotti, CV et Thomson, JA (2005) La surface de saturation en Ti pour la biotite métapélitique à basse et moyenne pression : Implications pour la géothermométrie et les mécanismes de substitution du Ti. Minéralogiste américain, 90, 316-328.
  • Guidotti, CV, Cheney, JT et Henry, DJ (1988) Variation compositionnelle de la biotite en fonction des réactions métamorphiques et de l'assemblage minéral dans les schistes pélitiques de l'ouest du Maine : American Journal of Science-Wones Memorial Volume, v. 288A, 270- 292.