Igneous Rock Associations 5. Oceanic Island Volcanism II: Mantle Processes - Greenough, John D.; Dostal, Jaroslav; Mallory-Greenough, Leanne M. (Geoscience Canada, 2005)
Oceanic island basalts (OIBs) have been central to understanding evolution o fthe Earth and mantle because their isolated positions in ocean basins limit the potential for magma contamination by continental crust. Melting processes (e.g., percentage melting) affect OIB chemistry but isotopic and trace-element ratios provide information on mantle-source compositions. They indicate that OIB mantle sources represent mixtures between mid-ocean ridge basalt (MORB) mantle and four other mantle components: EM1 (enriched mantle 1), EM2, HIMU (High U/Pb = Hi µ) and FOZO (FOcal ZOne). Mass-balance and noble-gas arguments indicate that most of the mantle is depleted but He and Ne isotopes, and convergence of Sr-Nd-Pb isotopic arrays suggest that FOZO is a somewhat primitive (unmelted) component common to all oceanic basalt sources. The other components contain "materials" such as basaltic ocean floor (HIMU), pelagic sediments (EM1), oceanic plateaus (EM1), subcontinental lithosphere (EM1, EM2), terrigenous sediments or subducted continental crust (EM2), which have been recycled by subduction processes, and mixed back into the depleted mantle. How these components cycle through the mantle is debated but heterogeneities occur on all length-scales. One school argues that oceanic islands develop above mantle plume convection cells that deliver recycled components and FOZO (lower mantle?) for mixing with depleted upper mantle. Others contend that propagating cracks in the lithosphere create oceanic islands, that plumes do not exist, that the upper and lower mantle are isolated and depleted, and that MORB and OIB form from the same upper-mantle reservoir. Small-scale melting allows OIB to sample local, low-melting-point heterogeneities that are averaged-out by the large-scale melting that forms MORB. These radically different views of mantle structure and composition indicate that OIB will continue to be a focal point in studies of Earth’s evolution. SUMMAIRE L’étude des basaltes d’îles océaniques (BÎOs, ou OIBs en anglais) s’est avéré essentielle pour la compréhension de l’évolution de la Terre et de son manteau, et cela, de par l’isolement de ces îles dans les bassins océaniques, ce qui limite les possibilités de contamination par des matériaux de la croûte continentale. Les mécanismes de fusion (le pour-centage de fusion par ex.) délimitent la composition chimique des BÎOs, mais les ratios isotopiques et des éléments traces permettent d’obtenir des indications sur la composition des sources mantelliques. Ils indiquent que les sources mantelliques des BÎOs sont des mélanges de basaltes de dorsales océaniques (BDOs ou MORBs en anglais) de quatre autres composantes du manteau, soit des EM1 (enriched mantle), EM2, HIMU (ratio élevé de U/Pb= Hi µ), et FOZO (FOcal ZOne). Les études des bilans massiques et des gaz nobles indiquent que la plus grande partie du manteau a subit un appauvrissement, mais les isotopes He et Ne, ainsi que la convergence des ensembles isotopiques Sr-Nd-Pb portent à penser que la composante FOZO serait de composition à peu près primitive (n’aurait pas subit de fusion) qui serait commune à toutes les sources de basaltes océaniques. Les autres composantes renferment des" matériaux " issus de plancher océanique basaltique (HIMU), de sédiments pélagiques (EM1), de plateaux océaniques (EM1), de lithosphère souscontinentale (EM1 et EM2), de sédiments terrigènes ou de croûtes continentales enfouies (EM2) et qui ont été recyclés par des mécanismes de subduction et réinjecté dans les matériaux appauvris du manteau. La façon dont ces composantes sont recyclées dans le manteau fait l’objet de discussions serrées et on observe la présence d’hétérogénéité à toute échelle. Une des écoles de pensée soutient que les îles océaniques se forment au-dessus de cellules de convection de panaches mantelliques qui apportent des composantes recyclées et de la FOZO (manteau inférieur?) et les mélangent avec les couches supérieures appauvries du manteau. D’autres croient plutôt que ce sont des fissures de la croûte qui permettent la formation des îles océaniques, qu’il n’y pas de panaches, que les couches inférieures et supérieures du manteau sont isolées et appauvries et que les BÎO et les BDO sont formés à partir des matériaux des même couches supérieures. Les BÎO seraient le reflet de fusions d’hétérogénéités locales à faibles températures de fusion, alors que les BDO seraient le résultat de fusions à grande échelle expliquant une composition correspondant à la moyenne de toutes les hétérogénéités. L’existence de points de vue si radicalement opposés sur la structure et la composition du manteau démontrent que les BÎOs seront encore l’objet d’études sur l’évolution de la Terre.