Tracking the long term carbon cycling in subduction zones

pour suivre la soutenance en visioconférence : https://u-paris.zoom.us/j/82788751836?pwd=dlVtKy8yRGFUZ3kyR3lZS3RjMVNvdz09 ID de réunion : 827 8875 1836 Code secret : 217640 Le cycle long du carbone a des implications majeures à l'échelle de la planète, notamment sur la composition de l'atmosphère et sur l'émergence et la persistance de la vie sur Terre. Ce cycle est intimement lié au processus de subduction, lors duquel le carbone stocké dans la lithosphère océanique est entrainé vers les profondeurs de la Terre. Cependant, le devenir du carbone, et plus particulièrement du carbone organique, lors de la subduction reste largement méconnu. L'objectif de cette thèse est d'apporter de nouvelles contraintes sur le cycle profond du carbone organique. Pour cela, nous nous sommes intéressés à la méta-ophiolite du Monviso (Alpes occidentales) qui a été subduite dans le facies éclogite lors de la subduction alpine. Cette méta-ophiolite présente une grande variété de lithologies incluant des méta-serpentinites, des méta-ophicarbonates, des méta-sédiments, abondants dans la partie Nord du massif, et des méta-basites, abondantes dans la partie Sud. L'étude pétrographique de ces roches, combinée à des modélisations thermodynamiques, montrent qu'elles enregistrent des conditions pression température (P-T) comparables, de l'ordre de 520-570°C et 2,6-2,7 GPa. En dépit de cet enregistrement P-T homogène, la variété d'assemblage minéralogique observée dans les serpentinites témoigne de fortes variations de fugacité en oxygène (fO2) dans la plaque plongeante lors de la subduction. Près du paléo-plancher océanique, les serpentinites enregistrent des conditions de fO2 basses (-4 par rapport au tampon Fayalite-Magnétite-Quartz) et sont associées à des formes de carbone organique variées. Grâce à une étudie spectroscopique à micro-échelle, nous avons identifié de la matière carbonacée désordonnée associée à des minéraux organiques et des nanodiamants. Ces minéraux se formeraient par réduction des carbonates lors de la déshydratation des serpentinites à haute pression et haute température. Le carbone organique resterait piégé dans la roche lors du métamorphisme prograde. L'étude des isotopes stable du fer et du zinc montre un découplage du carbone lors de la déshydratation de la plaque plongeante. La majeure partie des carbonates est dévolatilisée sous forme de CO2 dans la phase fluide, conduisant à un fractionnement isotopique important du fer et témoignant de la mobilité de cet élément sous forme de complexes carbonatés isotopiquement légers (Fe(II)-CO3). A l'inverse, le carbone organique survivrait au processus de subduction et serait recyclé vers l'intérieur de la planète. Mots clés : cycle profond du carbone, carbone organique, matière carbonacée désordonnée, subduction, Monviso, méta-serpentinites The long-term carbon cycle has major implications on a global scale, notably on the atmosphere composition and on the emergence and persistence of life on Earth. This cycle is intimately linked to subduction process, during which carbon stored in the oceanic lithosphere is recycled to the deep mantle. However, the fate of carbon, and especially of organic carbon, during subduction remains unknown. The objective of this thesis is to provide new constraints on the deep organic carbon cycle. To this end, we have focused on the Monviso meta-ophiolite (Western Alps) which record eclogite facies pressure-temperature (P-T) conditions during Alpine subduction. This meta-ophiolite presents a great variety of lithologies including meta-serpentinites, meta-ophicarbonates, meta-sediments, abundant in the northern part of the massif, and meta-basites, abundant in the southern part. The petrographic study of these rocks, combined with thermodynamic modelling, show that they record comparable P-T conditions, with a climax estimated at 520-570°C and 2.6-2.7 GPa. Despite a homogeneous P-T record, the variety of mineralogical assemblages observed in serpentinites reflects strong oxygen fugacity (fO2) variations in the slab during subduction. Near paleo-seafloor lithologies, serpentinites record low fO2 conditions (about -4 relative to the Fayalite-Magnetite-Quartz buffer) and are associated with an unexpected diversity of carbon materials. Through a microscale spectroscopic study, we have identified disordered carbonaceous matter associated with organic minerals and nanodiamonds. These minerals would be formed by reduction of carbonates during the dehydration of serpentinites at high pressure and high temperature. Organic carbon would remain trapped eclogitic serpentinites during prograde metamorphism. The study of iron and zinc stable isotopes shows a decoupling behavior of carbon during slab dehydration. Most of carbonates devolatilized in the form of CO2 in the fluid phase, leading to an important isotopic fractionation of iron stable isotopes and testifying for isotopically light iron mobility in fluids, probably complexed as Fe(II)-CO3. On the contrary, organic carbon compounds would survive the subduction process and be recycled towards the Deep Earth. keywords: deep carbon cycle, organic carbon, disordered carbonaceous matter, subduction, Monviso, meta-serpentinites