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Labex MATISSE
MATériaux, InterfaceS, Surfaces, Environnement

Thèse de Terry Ann SUER

Soutenue le 1er décembre 2016 à 14h
Salle de conférence de l'Institut de Minéralogie, Physique des Matériaux et Cosmochimie (IMPMC)
Tour 22-23  salle 401 4e étage
Université Pierre et Marie Curie
4 place Jussieu, Paris 5e

Partage du souffre et du platine entre un réservoir silicaté lors de la formation du noyau terrestre

Co-tutelle :

  • Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC)

Résumé :

La détermination du partage des éléments sidérophiles et volatiles entre métal et silicates aux conditions du manteau profond de la Terre primitive peut fournir des contraintes relatives au mécanisme de formation du noyau terrestre. Des expériences ont été réalisées dans des cellules à enclumes de diamant (DAC) chauffées par laser afin d'étudier l'évolution du partage métal-silicate du soufre et du platine à haute température et haute pression.

Le partage est déterminé grâce à la mesure sur échantillons trempés des concentrations par NanoSIMS et sonde électronique. L’affinité du soufre avec le métal, mesurée aux conditions de formation du noyau terrestre, est moins grande qu’attendue. En accord avec les observables cosmochimiques (météorites), il semble que la quantité de soufre dans le noyau ne peut excéder 2 poids %. Les modèles d’accrétion de la Terre, combinés à nos mesures du coefficient de partage du soufre en fonction de la pression et la température, indiquent que la concentration globale de soufre du manteau terrestre doit être le résultat d'une accrétion hétérogène. Ces données indiquent également un apport tardif des éléments volatils au cours de l’accrétion et de la formation du noyau. Les valeurs de partage du platine suggèrent que son abondance dans le manteau terrestre peut être expliquée simplement par la formation du noyau. De manière générale, ces résultats supportent les hypothèses selon lesquelles les noyaux des gros impacteurs n’ont pas pu s’équilibrer entièrement avec le manteau terrestre. Certaines fractions métalliques ont donc pu atteindre le noyau terrestre sans affecter le manteau. L’hypothèse d’un évènement tardif de ségrégation de sulfure durant la formation de la terre pourrait aussi expliquer les compositions du manteau terrestre observées. Ces résultats permettent de caractériser les processus de différenciation du manteau et du noyau et de mieux comprendre la formation de la Terre.

Abstract :

Measurements of the metal-­‐silicate partitioning behavior of siderophile and volatile elements at the conditions of the deep primitive Earth can provide constraints on the mechanisms of terrestrial core formation. Experiments were conducted in a laser-­‐ heated diamond anvil cell to investigate the metal-­‐silicate partitioning of sulfur and platinum at high pressures and temperatures.

The partitioning behaviors were quantified post-­‐experiment by high resolution NanoSIMS imaging. Sulfur was found to be moderately siderophile at core formation conditions and this, together with cosmochemical estimates, argue that it cannot be a major light element in the core. Accretion modeling with this new partitioning data implies that a heterogeneous accretion scenario can best explain the mantle and bulk Earth sulfur contents. The measured partitioning values for platinum are such that the mantle's platinum abundance can be sufficiently explained by core-­‐mantle equilibration. Overall these results support the hypothesis that the cores of large impactors did not equilibrate fully with the magma ocean and metal could have sequestered to the Earth's core without leaving a record in the mantle. A late sulfide segregation event also likely played a role in the establishing the observed mantle compositions. These findings help to further elucidate the accretion history of the Earth and core-­‐mantle differentiation processes.

 

24/03/17

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