Experimental study of C-H-O-S volatiles solubility in Italian alkali basalts. Numerical simulations of chemical degassing : application to Mount Etna
Etude expérimentale de la solubilité des volatils C-H-O-S dans les basaltes alcalins italiens. Simulations numériques du dégazage chimique : application à l'Etna
Résumé
Arc volcanism is known for his dangerousness because of its high volatiles contents. Major volatiles C, H, O, S, present in magmatic systems give important information on the chemical and physical properties of volcanic systems. Those information are important for a correct assessment of volcanic hazards. In this PhD report, the solubility laws of major volatiles H2O, CO2 and S (SO2, H2S) were defined for three alkali basalts from Italian volcanoes. Equilibrium experiments between a fluid and a silicate melt phases, at high temperature, at pressures up to 3000 bar and under varying fO2, were conducted in an internal heated pressure vessel equipped with a rapid quench. Dissolved volatiles in the synthesised glasses were analyzed by using classical methods (FTIR, EMPA, KFT) and allow us to derive the solubility laws for each volatile species for the three basaltic glasses from Vesuvius, Etna and Stromboli. This experimental work shows that alkalis play a significant role on water solubility at pressures above 1000 bar, and an important one on CO2 solubility. Then, the use of the solubility laws obtained for the Etna basalt in a numerical model of magma degassing during ascent, contributes to the knowledge of degassing phenomena, when compared to available natural data basing on volatile behaviour at Etna.
Le volcanisme d'arc est connu pour ses fortes teneurs en volatiles, qui lui confèrent un degré de dangerosité élevé. L'étude des volatils majeurs C, H, O, S, présents dans les systèmes magmatiques apporte des informations importantes à la compréhension du fonctionnement des systèmes volcaniques, du point de vue chimique et physique. Ces informations sont primordiales pour la prévention du risque volcanique. Dans ce travail, nous avons déterminé de façon expérimentale les lois de solubilité des volatils majeurs, H2O, CO2 et S (SO2, H2S) présents dans les systèmes volcaniques pour trois basaltes alcalins de trois volcans italiens. L'utilisation d'un autoclave à chauffage interne, équipé d'un système de trempe rapide nous a permis de réaliser des expériences d'équilibre entre un liquide silicaté et une phase fluide en excès à haute température, et à des pressions allant jusqu'à 3000 bars. L'utilisation de méthodes courantes (FTIR, KFT, EMPA) pour l'analyse des volatils dissous dans ces verres basaltiques synthétisés, nous a permis d'obtenir des résultats à partir desquels les lois de solubilité de chacune des espèces volatiles ont été définies pour les verres basaltiques alcalins issus du Vésuve, de l'Etna et du Stromboli. L'étude expérimentale a permis de montrer l'importance des alcalins sur la solubilité de H2O à des pressions supérieures à 1000 bars, mais surtout sur la solubilité du CO2. L'introduction des lois de solubilité des volatils majeurs dans un modèle numérique, appliqué à l'Etna, permet de mieux comprendre les phénomènes de dégazage, en se référant aux données naturelles disponibles (inclusions vitreuses et chimie des gaz en sortie de conduit).