Différenciation gravitaire dans un sill basaltique de la péninsule de Svartenhuk (la Pointe Noire), Groenland

Source - © 2012 Arnaud Agranier

Figure 1. Gros plan sur un basalte extraordinairement riche en phénocristaux d'olivine, photographié à la base d'un sill paléocène à éocène de la péninsule de Svartenhuk (la Pointe Noire), Groenland

L'Ouest du Groenland est séparé de l'archipel canadien par la Baie de Baffin, quasi-océan qui s'est ouvert au Paléocène ou à l'Éocène. C'est pour étudier les aspects magmatiques de cette ouverture qu'une équipe de 5 chercheurs de l'Université de Brest, dont Arnaud Agranier qui a pris ces photographies, a étudié des coulées, dykes et sills visibles sur cette côte occidentale du Groenland. Dans un sill de la péninsule de Svartenhuk (la Pointe Noire), épais d'une dizaine de mètres seulement, ils ont découvert les manifestations de la sédimentation magmatique des olivines dans ce sill, avec une couche d'environ 1 m d'épaisseur d'un basalte extraordinairement riche en olivines : un quasi-cumulat.

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 2. Vue globale brute du sill de la péninsule de Svartenhuk (Groenland) dans lequel se manifeste un phénomène de différenciation magmatique Les bordures figées correspondent aux deux zones d'épaisseur décimétrique où le magma basaltique s'est refroidi très rapidement au contact de l'encaissant froid (phénomène de trempe). Sur les quelques mètres d'épaisseur entre ces deux bordures figées, le magma est resté liquide beaucoup plus longtemps (quelques jours à quelques mois). Les olivines présentes dans ce magma, plus dense que le liquide, ont "coulé" vers le bas, s'y sont accumulées et y forment une couche métrique d'un basalte très riche en olivine, un quasi-cumulat d'olivine. Sur la majorité de son épaisseur, au-dessus de cette couche cumulative, le basalte est quasiment dépourvu de phénocristaux (basalte aphyrique).

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 3. Vue interprétée du sill de la péninsule de Svartenhuk (Groenland) dans lequel se manifeste un phénomène de différenciation magmatique Les bordures figées correspondent aux deux zones d'épaisseur décimétrique où le magma basaltique s'est refroidi très rapidement au contact de l'encaissant froid (phénomène de trempe). Sur les quelques mètres d'épaisseur entre ces deux bordures figées, le magma est resté liquide beaucoup plus longtemps (quelques jours à quelques mois). Les olivines présentes dans ce magma, plus dense que le liquide, ont "coulé" vers le bas, s'y sont accumulées et y forment une couche métrique d'un basalte très riche en olivine, un quasi-cumulat d'olivine. Sur la majorité de son épaisseur, au-dessus de cette couche cumulative, le basalte est quasiment dépourvu de phénocristaux (basalte aphyrique).

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 4. Comparaison entre le basalte aphyrique (ici) qui occupe la majorité supérieure du sill et du basalte cumulatif (ci-après) qui forme une couche inférieure d'environ 1 m d'épaisseur

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 5. Comparaison entre le basalte aphyrique (ci-avant) qui occupe la majorité supérieure du sill et du basalte cumulatif (ici) qui forme une couche inférieure d'environ 1 m d'épaisseur

L'abondance des phénocristaux d'olivine dans la partie basale du sill pourrait poser le problème de leur lieu de cristallisation. Ces olivines peuvent avoir cristallisé "tranquillement", en profondeur, dans un réservoir ou un réseau de filons à de nombreux kilomètres sous la surface et le sill. On pourrait aussi proposer que cette cristallisation d'olivine a eu lieu dans le sill lui-même. Cette deuxième hypothèse ne tient pas. Si le refroidissement interne au sill avait été suffisamment lent pour engendrer de "grosses" olivines, alors les cristaux ayant cristallisé juste après, mais avec a priori la même lenteur de cristallisation, devraient avoir des tailles voisines. Or, à part ces phénocristaux d'olivine, on ne voit (à l'œil nu) qu'une pâte vraisemblablement constituée de microlithes et d'un peu de verre. Le refroidissement du sill a donc très vraisemblablement été rapide (car proche de la surface) et les phénocristaux d'olivine était donc déjà présents dans le magma quand il est arrivé près de la surface et a formé le sill.

La preuve de la présence d'olivine déjà cristallisée dans le magma quand il est "arrivé" et a formé le sill se trouve dans les bordures figées : elles contiennent des phénocristaux d'olivine, qui n'auraient pu se former lors du phénomène de trempe à l'origine de ces bordures.

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 6. Vue d'ensemble sur un secteur de la bordure figée du sill, montrant la présence de phénocristaux d'olivine	Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 7. Zoom sur un secteur de la bordure figée du sill, montrant la présence de phénocristaux d'olivine
Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 8. Vue d'ensemble sur un autre secteur de la bordure figée du sill, montrant la présence de phénocristaux d'olivine	Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 9. Zoom sur un autre secteur de la bordure figée du sill, montrant la présence de phénocristaux d'olivine

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 10. Cadre géodynamique de la Péninsule de Svartenhuk, en bordure de la Baie de Baffin, quasi-océan "avorté" s'ouvrant au début du Cénozoïque

Source - © 2012 Arnaud Agranier Figure 11. Contexte de la Baie de Baffin à l'Ouest de Groenland par rapport à l'Atlantique Nord dont elle est une dépendance