Soutenance de thèse de Zhengbin DENG – Mercredi 19 Septembre

Zhengbin DENG collabore avec l’équipe UnivEarthS  I6 : De la poussière aux planètes au sein de laquelle il a effectué son doctorat. UnivEarthS a le plaisir de vous informer de la soutenance de sa thèse intitulée:

“Silicon and titanium stable isotope perspectives on the Earth’s mantle-crust evolution”.

Elle aura lieu le Mercredi 19 Septembre à 14h00 dans l’amphithéâtre de l’IPGP, devant le jury suivant:

Rapporteur – Richard W. Carlson (Staff scientist, Carnegie Institution of Washington, USA)
Rapportrice – Roberta Rudnick (Professor, University of California, Santa Barbara, USA)
Examinatrice – Janne Blichert-Toft (Directrice de recherche, CNRS, ENS Lyon)
Examinatrice – Catherine Chauvel (Directrice de recherche, CNRS, IPGP)
Directeur de thèse – Marc Chaussidon (Directeur de recherche, IPGP)
Directeur de thèse – Frédéric Moynier (Université Paris Diderot, IPGP)

 

Le résumé:

La chronologie de l’émergence de la tectoniques des plaques dans l’histoire de la Terre est un sujet encore débattu avec plusieurs dates proposées pour le début de l’activité tectonique de > 4.2 Ga à ≈ 0.85 Ga. Ce débat provient partiellement de l’origine encore controversée des zircons Hadéens, des tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTGs) de l’Archéen et de la croûte continentale en générale. Durant cette thèse, trois approches utilisant des données isotopiques de haute résolution de Si et Ti ont été suivies pour étudier l’évolution du manteau et de la croûte terrestre.
(i) L’étude de la composition isotopique du Si de komatiites et de TTGs Archéens ainsi que des granites du Phanaerozoic révèle une contamination importante dans la source des TTG par des cherts, montrant clairement une subduction océanique à l’origine des TTGs de l’Archéen.
(ii) Une méthode double spike 47Ti-49Ti a été appliquée pour mesurer précisément les variations isotopiques du Ti sur Terre et dans du matériel chondritique. L’étude des komatiites et des MORB montre que le manteau appauvri source des MORBs (DMM) s’est probablement formé par un mélange efficace dans le manteau de résidus de fusion partielle provenant de la formation de la croûte continentale archéenne.
(iii) Une autre étude de la composition isotopique du Ti de roches ignées différenciées montre que les isotopes du Ti associés aux teneurs en SiO2 apportent une signature distincte pour des magmas tholeitiques et calco-alcalins. L’application de ce proxy montre que la croûte continentale a été créée sous l’influence d’un point chaud vers 3.8-3.5 Ga et a commencé à être dominée par des roches de type arc insulaire après ≈ 3.5-3.0 Ga, ce qui démontre la prévalence de la tectonique des plaques à cette époque.
Ces résultats impliquent que la subduction de plaques lithosphériques existe localement sur Terre depuis ≈ 4.0 Ga, et que la tectonique des plaques n’est devenue le processus dominant que seulement après 3.0 Ga, résultant du développement d’une croûte continentale felsique ainsi que de la formation du DMM, et participant à la diminution du gradient thermique de la Terre pendant la fin de l’Archéen.

Abstract

The chronology of the emergence of plate tectonics in the Earth’s history is still debated, proposed timings for its onset ranging from > 4.2 Ga to ≈ 0.85 Ga. This debate arose from the unsettled origins of Hadean zircons, Archean tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTGs) and continental crust in general. In this PhD thesis, three approaches using high-precision Si and Ti stable isotope data have been carried out to study the Earth’s mantle-crust evolution:
(i) A Si isotopic study of Archean TTGs and komatiites, as well as Phanerozoic granites, reveals the extensive contamination in the sources of TTGs by sedimentary cherts, pointing clearly to an oceanic subduction origin for the Archean TTGs.
(ii) A 47Ti-49Ti double spike method has been implemented to measure precisely Ti isotopic variations in nature, including chondritic matter. Its application on komatiites and MORBs shows that the present-day depleted MORB mantle (DMM) likely formed by an efficient mixing into the mantle of melting residues from the generation of Archean continental crust.
(iii) Another Ti isotopic study of differentiated igneous rocks demonstrates that the combination of Ti isotopes with SiO2 content provides a distinctive signature for either tholeiitic or calc-alkaline magmas. The application of this proxy shows that the continental crust was generated under plume setting at 3.8-3.5 Ga, and started to be dominated by island arc rocks after ≈ 3.5-3.0 Ga, thus showing the prevalence of plate tectonics at this early epoch.
These results together imply that plate subduction has been locally operating on the Earth since ≈ 4.0 Ga, but that plate tectonics became globally prevalent only after 3.0 Ga, resulting in the development of a felsic continental crust and in the formation of the DMM, and participating to the decrease of the Earth’s thermal gradient during late Archean.