SIGNATURE GÉOCHIMIQUE DU VOLCANISME DE LA SSVZ

Dans toutes les zones de convergence mondiales, le magmatisme de subduction possède une signature géochimique caractéristique qui se distingue de celle des autres contextes géodynamiques (Wilson, 1989). Au regard des éléments majeurs, il se définit notamment par l’émission de produits appartenant à la série calco-alcaline, avec des teneurs en potassium variables. Le magmatisme de la SSVZ n’échappe pas à la règle comme le montre la distribution des compositions en alcalins en fonction de la silice des édifices de la SSVZ (Fig. 3-1). Les résultats de la littérature reposent sur les travaux pionniers de Tobar en 1972 et Fuenzalida en 1976 qui ont été parmi les premiers à acquérir une base de données préliminaire des compositions géochimiques du volcan Hudson. Cette base de données du volcan Hudson puis des autres édifices de la SSVZ s’est par la suite étoffée en résultat des travaux de Futa et Stern (1988) et de Lopez-Escobar et al., (1993) et est ainsi devenue suffisamment consistante par l’obtention des compositions géochimiques minérales, en éléments majeurs, en trace et isotopes. Depuis, d’autres études ont été réalisées à l’échelle régionale par comparaison des compositions géochimiques des édifices entre eux (Stern et Kilian, 1996 ; D’Orazio et al., 2003) et à l’échelle locale afin de mieux caractériser les processus magmatiques au sein d’un édifice et d’améliorer la chronologie et la récurrence des éruptions explosives (Naranjo et Stern, 1998 ; Gutierrez et al., 2005 ; Kratzmann et al., 2008). La compilation de tous les résultats obtenus sur roches totales par la méthode de fluorescence aux rayons X (XRF) a mis en évidence que les produits émis par chacun des volcans se distribuent exclusivement entre le domaine tholéitique et le domaine alcalin, de part et d’autre de la droite d’alcalinité définie par Irvine et Baragaar (1971) et forment une série complète depuis les basaltes jusqu’aux dacites. Les teneurs globales en alcalins (Na2O + K2O) varient de 3% pour les produits les plus mafiques (48 à 52% de SiO2) et atteignent environ 10% pour les produits les plus acides (> 65% de SiO2). Les fortes concentrations en alcalins résultent des teneurs importantes en potassium comme le montre le diagramme K2O vs. SiO2 (Fig. 3-2) dans lequel les produits de la SSVZ se distribuent entre la série calco-alcaline moyennement riche en potassium et la série calco-alcaline riche en potassium.  De même que pour les compositions en éléments majeurs, les produits issus du magmatisme de zones de subduction possèdent des compositions particulières en éléments en trace, également déterminées sur roches totales par XRF. Les éléments traces se classent en fonction de leur comportement dans les minéraux ou dans le liquide magmatique résiduel, de leur valence ionique et de leur rayon ionique. On distingue ainsi les incompatibles (concentrés dans le liquide résiduel) des compatibles (substitués aux éléments majeurs dans les minéraux). Parmi les éléments incompatibles, on trouve les éléments à forts rayons ioniques ou LILE (K, Rb, Ba, Cs, Sr), les éléments à forte valence ionique ou HFSE (Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U) et les terres rares légères à moyennes (LREE et MREE). Les éléments compatibles sont essentiellement représentés par les éléments réfractaires (Ni, Cr, Sc) et certaines terres rares lourdes (HREE). Dans chacune de ces familles, les éléments ont souvent un comportement identique même si les teneurs varient sensiblement d’un élément à l’autre dans des conditions pétrogénétiques similaires. De manière générale, les basaltes d’arcs de la SSVZ sont intermédiaires entre les basaltes de ride océanique (MORB; Mid-Oceanic Ridge Basalts) et les basaltes d’îles océaniques (OIB; Oceanic Islands Basalts) (Wilson, 1989, Fig. 3-3). Leurs concentrations en éléments à grand rayon ionique (LILE, Large Ion Lithophile Element, Rb, Ba, Sr) et en terres rares légères (LREE, Light Rare Earth Elements, La à Pm) sont enrichies par rapport aux MORB tandis que les terres rares moyennes (MREE, Middle Rare Earth Elements, Sm à Ho) et lourdes (HREE, Heavy Rare Earth Elements, Er à Lu) sont appauvries par rapport aux LREE. La signature typique des magmas d’arcs est nettement marquée par des concentrations nettement plus pauvres (« anomalies négatives ») en éléments à fort rapport charge/rayon (HFSE ; High Field Strength Element, Nb, Ta, Zr, Hf). Cette anomalie s’explique par le comportement immobile des HFSE dans les fluides libérés par la déshydratation de la plaque plongeante et par leur concentration élevée dans certains minéraux accessoires (par ex. le rutile) des roches subductées ou des roches du coin de manteau (Albarède, 2001). 

TÉPHROCHRONOLOGIE À L’AIDE DES ÉLÉMENTS MAJEURS

Depuis les travaux de Naranjo et Stern (1998) sur la reconstruction de l’histoire éruptive Holocène du volcan Hudson, l’étude des dépôts de retombées proximaux a démontré que ce volcan a connu au moins 12 évènements explosifs au cours des 11,5 derniers ka, incluant les trois éruptions les plus explosives (6700 ans, 3600 ans et Août 1991) et implique que le volcan Hudson a été continuellement actif pendant l’Holocène (Naranjo et Stern, 1998). Les autres volcans de la SSVZ, bien que moins étudiés en détail ont également été actif au cours de l’Holocène puisque des dépôts de retombées et des épanchements laviques leur sont associés (D’Orazio et al., 2003; Gutierrez et al., 2005). L’activité explosive récurrente des édifices de la SSVZ en fait des sources potentielles à l’origine de la présence de niveaux marins de cendres déterminés à partir d’une identification rigoureuse de téphras dans la carotte marine MD07-3088. Ce paragraphe est consacré à la reconnaissance et à la discrimination des sources volcaniques des niveaux de téphras identifiés, par le biais des comparaisons temporelles et géochimiques avec des dépôts à terre bien contraints temporellement et pour lesquels des données géochimiques existent (Miyashiro, 1974; Futa et Stern, 1988; Lopez-Escobar et al., 1993; Bitschene et al., 1993; Naranjo et Stern, 1998 ; Haberle et Lumley, 1998 ; Ippach, 2001; D’Orazio et al., 2003; Gutierrez et al., 2005; Stern, 2008; Kratzmann et al., 2008). La discrimination des sources potentielles grâce à des corrélations terre-mer, combinant la datation 14C et les compositions géochimiques en éléments majeurs a fait l’objet d’une publication intitulée:« Tephrostratigraphy of a deep-sea sediment sequence off the South Chilean margin : New insight into the Hudson volcanic activity since the last glacial period »,