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Inclinaison magndtique de roches basaltiques de la dorsale est-pacifique a 21°N et validite des crit2res de polarit6
BRIGITTE SMITH Laboratoire de ge'omugne'tisme-CNRS et Universite' de Paris VI, 4 , ave de Neptune, 94100 Saint Maur des Fosses, France
R e ~ u le 12 fkvrier 1982 RCvision acceptke le 19 octobre 1982
Parmi les roches basaltiques prklevkes par submersible ou dragukes ?i I'axe de la dorsale est-pacifique h la latitude 21°N (campagnes franco-amCricano-mexicaine CYAMEX et RISE), 22 Cchantillons ont Ctk ~Clectionnks selon des critkres macro- scopiques orientks (plan d'allongement des tubes d'alimentation de laves fluides cordks, bulles et cavitks gazeuses, stalactites, septa) grice auxquels la polaritk de l'kchantillon en place, lors de son refroidissement, a pu 6tre retrouvCe.
L'intensitC de l'aimantation rkmanente naturelle de ces Cchantillons souvent volumineux (jusqu'h 350 cm3) a une valeur moyenne de 11,35 2 2,31 ~ . m - ' ~em.cm-~) ; la dispersion des valeurs s'explique par la proportion plus ou moins grande, dans l'kchantillon, de matkriel non magnktique (verre, Mn).
La viscosit6 magnCtique partout nkgligeable et la bonne stabilitk de la direction d'aimantation rkmanente face au champ alternatif autorisent h penser que la direction stable obtenue est celle de la thermo-rkmanence originelle.
En dCpit de la relativement basse latitude qui rend plus probable I'occurrence d'inclinaisons magnktiques nkgatives au sein d'une pkriode de polaritk normale (Brunhes, dans ce cas), aucune polarit6 magnktique inverse n'a kt6 dkcel6e. L'inclinaison moyenne des 22 Cchantillons est I = +41,8 k 16,7" et devient I = 42,2 k 19,4", si l'on regroupe les Cchantillons en 15 sites ponctuels de prklkvement; ces valeurs ne sont pas significativement diffkrentes de celle du champ dip6le du lieu, I = *37,4", ni de celle du champ local actuel I - +47", qui a pu 6tre le tkmoin de 1'Cpanchement de certaines coulkes les plus rCcentes.
La dispersion des valeurs de l'inclinaison magnCtique est bien davantage like a la qualitk des critkres de polarit6 qu'h la variation skculaire du champ magnktique terrestre, celle-ci n'ktant mise en cause que dans de rares cas. I1 apparait clairement que la validit6 de la rkorientation dCpend (1) de la qualit6 morphologique du critkre utilisk: la rkorientation est d'autant meilleure que le critkre est rnieux dCveloppC, plus largement Cchantillonnk et, semble-t-il, rnieux cristallisC (le critkre de verre s'est avCrk douteux); et (2) du principe mCme du critkre: ainsi ceux qui font intewenir des axes (stalactites) ou des plans verticaux (septa) sont plus fiables que ceux qui reposent sur la dktermination d'un plan horizontal (plan d'allongement des tubes de lave cord&).
I1 ressort de cette ktude que les critkres macroscopiques de polarit6 semblent pouvoir 6tre utilisCs de fagon quasi systkmatique pour retrouver la polarit6 d'une roche en place.
Among the basaltic rocks sampled by submersible or dredged at the East-Pacific Rise axis around 21°N latitude (French-American-Mexican legs CYAMEX and RISE), 22 samples have been selected according to macroscopic, oriented criteria (elongation plane of feeder tubes in sheeted lavas, bubbles and gas cavities, stalactites, septa) from which the polarity of a sample, acquired in situ during its cooling, could be established.
The natural remanent magnetization intensity of these generally voluminous samples (up to about 350 cm3) has a mean value of 11.35 * 2.31 A.m-' emu.cme3); the scatter of the values can be explained by the varying proportion of nonmagnetic material (glass, Mn) in the samples.
The magnetic viscosity is always negligible and the stability of the remanent magnetization direction after alternating field demagnetization indicates that the stable direction determined is the direction of the original thermoremanence.
Despite the relatively low latitude, which makes the occurrence of negative magnetic inclinations within a normal polarity period (Brunhes, in this case) more probable, no reverse polarity has been found. The mean inclination of the 22 samples is I = +41.8 k 16.7" and becomes I = $42.2 * 19.4" if the samples are grouped in 15 pin-point sampling sites; these values are not significantly different from those of the local dipole field, I = k37.4", or from those of the actual local field, I - +47", which may be the result of effusions from the youngest lava flows.
The scatter of the magnetic inclination values is more tightly bound to the quality of the polarity criteria than to the secular variation of the Earth's magnetic field, the latter interfering in only a few cases. It is obvious that the validity of the reorientation depends on (1) the morphological quality of the criteria used: those that are well developed, well represented in the sample, and apparently the most crystallized (glassy criterion has proved to be doubtful), permit a better reorientation of the sample; and (2) the principle of the criterion itself: criteria refemng to vertical axes (stalactites) or vertical planes (septa) are more reliable than those based upon the determination of a horizontal plane (elongation plane of tubes in sheeted lavas).
It appears from this study that macroscopic polarity criteria may be used in an almost systematic way to find the polarity of an in situ sample.
Can. J . Earth Sci., 20, 322-333 (1983)
0008-4077/83/020322-12$01 .OO/O 01983 National Research Council of Canada/Conseil national de recherches du Canada
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Introduction L'hypothbse de l'expansion des fonds ocCaniques
repose en particulier sur 1'idCe que les anomalies magnktiques marines r6sultent des inversions successives du champ magnCtique terrestre (Vine et Matthews 1963) fossilisCes dans les roches basaltiques de la croQte ocCanique grAce au processus de l'aimantation thermorCmanente. Une vtrification de cette hypothbse consiste B diterminer les caractkristiques du vecteur aimantation rkmanente correspondant aux roches situkes B l'aplomb des anomalies. S'il est toujours possible de mesurer 1'intensitC de l'aimantation rtmanente d'une roche provenant du fond des ocCans, en revanche, pour des raisons Cvidentes de difficult6 d'orientation des Cchantillons sur le terrain, l'orientation du vecteur n'est au mieux que partiellement connu; dans tous les cas l'azimut est perdu; dans le cas des forages, seule la polarit6 de la roche en place est connue, ce qui n'est pas meme le cas pour les roches draguCes ou prClevCes par submersibles dans les dorsales mCdio-odaniques ou, pour des raisons techniques, il est impossible de forer.
La difficult6 B Ctablir une relation aimantation- polarit6 de l'anomalie magngtique B l'axe des dorsales peut Ctre en partie contournCe si l'on parvient B retrouver la position que 1'Cchantillon occupait sur le terrain par rapport B la verticale orientCe, lors de l'acquisition de son aimantation rkmanente. Des Ctudes anterieures (de Boer et al. 1969; Ballard 1975; Heirtzler et Bryan 1975; PrCvot et al. 1976; Johnson et Atwater 1977; Clark et al. 1978) ont montrC qu'il Ctait parfois possible de retrouver la polarit6 d'une roche basaltique si 1'Cchantillon prksentait des figures orienties, vCritables critbres de polarit6 formts lors de la solidification de la lave et essentiellement rCgis par les lois de la gravitC.
La connaissance de l'inclinaison magnktique, B dCfaut de la dkclinaison, offre la possibilitk d'ttablir une relation au moins entre la polarit6 magnktique des roches et celle de l'anomalie correspondante. Pour des roches d'Lge infirieur B 0,7 Ma (pCriode Brunhes), les rksultats divergent: PrCvot et al. (1976) sur des basaltes de la dorsale mkdio-Atlantique B 37"N, Harrison et al. (1977) et Galibert et al. (1980) sur des basaltes parfaitement orient& de la zone d'accrktion de llAfar, prolongement de la dorsale du golfe d'Aden, obtiennent des polaritks magnCtiques exclusivement normales. Au contraire quelques cas de polarit6 magnCtique inverse au sein de la pCriode Brunhes sont rapportts concernant des roches basaltiques de la ride mkdio-Atlantique B 45"N (Ade-Hall et al. 1973) et B 37"N (Johnson et Atwater 1977), et sur des basaltes de la zone volcanique centrale d'Islande (Peirce et Clark 1978). IndCpendamment de la polarit6 magnCtique retrouvCe sur Cchantillons de roche, les profils "deep-tow" de Macdonald (1977) suggbrent Cgalement la prksence de roches a polarit6 magnCtique
inverse dans la vallCe mCdiane de la ride mCdio- Atlantique B 37"N. L'interprktation des cinq cas de polarit6 inverse sur les 17 Cchantillons de la fosse de Cayman (Clark et al. 1978) est plus dClicate car l'anomalie axiale semble perturbCe par une tectonique assez intense qui pourrait Ctre responsable, selon les auteurs, de l'affleurement de roches de la pkriode Matuyama au milieu de roches appartenant essentielle- ment B la pCriode Brunhes.
Le problbme de la polarit6 magnCtique B l'axe des dorsales ockaniques et 1'interprCtation de la prksence Cventuelle de roches B inclinaison magnCtique nCgative B l'aplomb de l'anomalie Brunhes, reste donc entier.
Quelques annCes aprbs la carnpagne FAMOUS
(French-American Mid-ocean Underwater Studies) dans 1'ocCan Atlantique B la latitude 37"N (Bellaiche et al. 1974), une exploration similaire eut lieu sur la dorsale est-pacifique (Cyamex Scientific Team 1978; Juteau et al. 1980). L'aire d'investigation s'Ctend entre les zones de fracture Tamayo au nord et Rivera au sud mais des Ctudes plus dCtaillkes incluant dragages et prClbvements par submersibles ont CtC concentrees au voisinage de la latitude 21°N sur la dorsale et ses abords (fig. I), ainsi que dans la zone de fracture Tamayo. La soucoupe plongeante fransaise Cyana en 1978 (campagne CYAMEX) suivie du submersible amCricain Alvin en 1979 (campagne RISE) prklevkrent plusieurs dizaines d'Cchantillons de roche basaltique (fig. 1) sur un certain nombre desquels la prksence de traits morphologiques particuliers, vCritables critbres de polaritt, rendait possible une rkorientation partielle.
Nous avons tent6 dans cette Ctude de retrouver la polarit6 et l'inclinaison magnktique d'un maximum de roches offrant des critbres de polaritk, ce qui nous a Cgalement conduit B porter un jugement sur la validit6 de ces critbres.
Principe des crit&res de polaritd Au cours de son refroidissement un magma basaltique
se solidifie aux environs de 1100-1000°C, or les tempkratures de Curie des titanomagnktites des basaltes sous-marins sont de l'ordre de 200°C; l'utilisation des critbres macroscopiques de polarit6 B la reorientation, par rapport B la verticale orientte, d'une roche basaltique repose donc sur l'hypothbse que la roche est restCe immobile entre environ 1100 et 200°C, c'est-8-dire entre le moment de la formation de ses critbres de polaritt et la tempkrature oh commence B apparaitre son aimantation thermorCmanente (ATR). Cette hypothkse est rkaliste pour les roches tremptes des fonds sous-marins oh le refroidissement est trbs brutal.
De Boer et al. (1969) proposbrent les premiers les quatre critbres suivants: (1) forme ovale aplatie vers le bas des pillows; (2) localisation des pkdoncules
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FIG. 1. Localisation de la zone d'Ctude et des Cchantillons; les tirets indiquent l'emplacement approximatif de l'axe de la dorsale.
d'ktranglement qui relient souvent entre eux les pillows; al. (1970) qui admet que le plan Cquatorial d'un pillow (3) reliefs en forme de tige, ces deux caractkres reprksente le plan horizontal B 20" prks, sont peu fiables indiquant gCnCralement la base des pillows; et (4) car ils supposent que les pillows se refroidissent sur une stalactites pendant au toit d'une cavitC ou d'un tube de surface horizontale, ce qui n'est Cvidemment pas lave. toujours le cas.
Les trois premiers critkres, c o m e celui d'Irving et Le dernier critkre est thkoriquement plus satisfaisant,
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TABLEAU 1. Intensit6 et stabilit6 de I'ARN aprks test de trainage
I" stable Jr Vol.
chanti ill on Type I" ARN (1) (2) (3) Do ARN Do stable (Am-') %v (cm3) -
CYP 78-03-05 CYP 78-04-07B CYP 78-04-07B CYP 78-06-1 1 CYP 78-07-12 CYP 78-09-15b CYP 78-09-15~ CYP 78-10-17 CYP 78-10-17a CYP 78-10-17~ CYP 78-12-34 CYP 78-12-34(1) CYP 78- 12-34a CYP 78-12-35a CYP 78-12-35a CYP 78-12-35b CYP 78-12-35b CYP 78-18-63A1 CYP 78-18-63A1 CYP 78-18-63A2 CYP 78-19-69b CYP 78-19-69b CYP 78-19-73 ALV 920-2 ALV 920-2 ALV 920-3 ALV 920-4 ALV 920-5 ALV 920-6 ALV 920-6 ALV 920-7 ALV 981-23* INMD 17D-131-15 INMD 17D-131-15 INMD 17D-136 GL DR 7 GL DR 8-1 GL DR 8-113
NOTES: Les 11 tchantillons CYP 78 sont ceux de la campagne CYAMEX, les 12 autres, ceux de la campagne RISE. Type d'bchantillon: P = Bchantillon pl8trt; C = carotte. Les directions stables sont obtenues aprks traitement par champ alternatif. I stable (1) est I'inclinaison stable obtenue sur chacun des deux fragments d'un m&me Cchantillon, rCorientts indtpendemment I'un de I'autre. I stable (2) est la valeur globale du fragment unique ou la valeur moyenne des deux fragments pour chaque Cchantillon. I stable (3) est I'inclinaison stable moyenne par site (voir texte). Les dtclinaisons D sont arbitraires. J, = intensitt de I'aimantation rtmanente; %v = coefficient de viscositt magnCtique selon Thellier et Thellier (1959); vol. = volume de l'bchantillon.
*Echantillon non utilist dans la moyenne.
de m&me que les deux suivants basks sur le mCme principe: (i) saillies au franges de basalte qui parfois bordent la paroi interne d'un tube de lave plus ou moins effondrk, tkmoignant des niveaux successifs de la lave kcoulke dans le tube (Ballard 1975; Heirtzler et Bryan 1975; Johnson et Atwater 1977; Clark et al. 1978); (ii) bulles et cavitks gazeuses, dissymktriques par rapport ?I leur plan horizontal d'allongement et dont la face basale
presente une surface plane et lisse tandis que le toit est hkrissk de petites stalactites en formation (de Boer et al. 1969; Prkvot et al. 1976).
Les crit2res de polaritk semblent &tre plus rkpandus dans les basaltes de la dorsale est-pacifique que dans ceux de la dorsale de 1'Atlantique nord, si l'on juge par l'kchantillonnage dont on dispose: sur une centaine d'6chantillons de la zone FAMOUS, la polaritk de neuf
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Cchantillons seulement a pu &tre retrouvCe (PrCvot et al. 1979) tandis que sur la soixantaine d'Cchantillons des campagnes CYAMEX et RISE 23 prksentent des critbres de polarit6 parmi lesquels 22 purent Ctre partiellement reorientks de fason satisfaisante; un Cchantillon n'a pas CtC pris en compte dans cette ttude en raison du fait que seul le plan horizontal pouvait $tre retrouvC (ALV 981-23, tableau 1).
Les critbres qui ont permis de retrouver la position des 22 Cchantillons par rapport B la verticale orientke sont les suivants:
(1) dans les pillows, bulles et cavitCs gazeuses (de 0,5 B 20 cm environ) prksentant un plancher lisse et un toit rugueux (CYP 78-03-05, fig. 11; CYP 78-10-17; CYP 78-18-63A, fig. 8; GL DR 7);
(2) dans les laves fluides cordCes, cavitCs CtirCes jusqu'a former des tubes ayant a peu prbs les mCmes caractCristiques (CYP 78-06-1 1 ; CYP 78-09-15, fig. 9; CYP 78-12-35; ALV 981-23; INMD 17D-13 1-15 ; GL DR 8-113, fig. 4);
(3) plan d'allongement des laves fluides cordCes (pahoehoe) dont la face interne supCrieure des tubes d'alimentation est hCrissCe de rugositks, Cbauches de stalactites (ALV 920-2, fig. 10; ALV 920-4; ALV 920-5; ALV 920-7);
(4) dans les laves fluides cordees, prCsence de stalactites (CYP 78-19-73, fig. 5) pouvant former de vCritables parois continues ou septa (CYP 78-07-12; CYP 78-12-34, fig. 6; ALV 920-6; INMD 171)-136; GL DR 8- 1, fig. 3);
(5) sur les piliers des lacs de lave, liseret vitreux dissym6trique par rapport au plan horizontal et qui matCrialise le niveau horizontal d'un ancien lac de lave (CYP 78-19-69);
(6) comes vitreuses en place repCrees pointant verticalement vers le haut (CYP 78-04-07B).
environ. Les Cchantillons autres que les carottes sont emprisonnCs dans un cube de plltre selon une position dictCe par les critbres de polarit6 de telle sorte que leur plan horizontal corresponde au plan repkre ( x , y) du platre, tandis que l'axe z reprCsente la verticale positive vers le bas.
Dans la majorit6 des cas, chaque Cchantillon est constituk d'un bloc unique; Iorsqu'un Cchantillon est dissociC en plusieurs fragments prksentant chacun des critbres de polarit6 (CYP 78-09-15; CYP 78-10-17; CYP 78-12-34; CYP 78-12-35), chacun de ces morceaux a Ct6 r6orientC indkpendamment des autres, et une direction moyenne a CtC determinee (tableau 1).
L'aimantation rkmanente de tous les Cchantillons a CtC mesuree au moyen d'un inductombtre B rotation continue adapt6 B des Cchantillons de gros volume et de forme quelconque (Le Goff 1975). En outre, la rkmanence des carottes a CtC mesurCe sur un inductombtre B rotation continue de type UGF-JR 4 adapt6 h des petits Cchantillons de dimension standard 4 = 2,54cm et h = 2,2cm. Les Cchantillons ont ensuite CtC dCsaimantCs par paliers successifs de champ alternatif jusqu'h des valeurs maximales variant entre 566 et 1414 0 e (0,04 et O,11 MA/m) pic (soit respectivement 400 et 1000 0 e eff. (0,03 et 0.08MA/m)), selon le degrC de resistance de l'aimantation rkmanente. La dksaimantation Ctait interrompue lorsqu'il ne subsistait qu'environ 1 / lobme de l'aimantation rdmanente naturelle (ARN) d'origine. Par ailleurs, six Cchantillons ont CtC dCsaimantCs thermiquement jusqu'h une temptrature maximale de 300°C, B laquelle est dCtruite la quasi-totaliti de ~ 'ARN; quelques enregistrements de la variation de la susceptibilitk en fonction de la ternphature ont Cgalement apportC des renseignements concernant la temperature de Curie des minkraux magnktiques.
Procedure RCsultats Les Cchantillons retenus appartiennent tous B la vallCe
axiale, c'est-&-dire indiscutablement 5 la zone de polarit6 magnktique normale Brunhes; aucun critbre de polarit6 n'est malheureusement visible sur les rares Cchantillons qui proviennent de la zone de polarit6 inv~rse Matuyama et de la zone de fracture Tarnayo.
A l'exception de quelques carottes extraites des gros fragments de roche, les Cchantillons CtudiCs reprksentent le plus souvent 1'intCgralitC des morceaux de roche prClevts, c'est-h-dire des fragments assez volurnineux (quelques dizaines B quelques centaines de centimbtres cubes, tableau I), ceci afin de limiter au maximum les risques d'acquisition d'aimantations secondaires de sciage ou de carottage, et de dCterminer une direction moyenne d'aimantation rkmanente meilleure que celle que l'on obtiendrait B partir de petites carottes de dimension standard dont le volume n'est que de 10 cm3
Au tableau 1 figurent les valeurs des coefficients de viscositC magnttique (%v) dCfinis par Thellier ' et Thellier (1959) (obtenus aprbs "trainage" de 2 semaines dans le champ magnttique terrestre en position directe, puis d'une durk Cgale en position inverse), les valeurs de I'intensitC de l'aimantation remanente, J,, les directions de 1' ARN apr5s test de trainage et les directions stables de l'aimantation rimanente supposCe primaire (ATR) obtenues aprbs traitement par champ alternatif.
On constate que la viscositk magnCtique est partout negligeable et que les directions de l'aimantation rkmanente restent stables, au maximum B quelques degrCs prks, tout au long de la dCsaimantation, que le traitement applique soit le champ altematif ou la chauffe, de sorte qu'une direction stable peut &tre aisCment dCterminCe. Des traces de Zijderveld (1967) ont confirm6 la prCsence d'une composante unique
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FIG. 2. Exemple caractkristique de dksaimantation par champ alternatif (ALV 920-2). (a) Evolution de la direction de I'aimantation rkmanente selon le track de Zijderveld (1967) dans le plan horizontal (x-y) et dans le plan vertical (y-z). (b)
/ Projection stkrkographique montrant la stabilitk des directions de 0 B 1 13 1 Oe pic (800 Oe eff .)
d'aimantation, qui peut Ctre identifiCe comme I'ATR initiale acquise lors du refroidissement de la roche; un exemple reprksentatif est donne en figure 2. Quelques enregistrements thermomagnCtiques prkliminaires ont donnC des tempkratures de Curie toujours basses (aux environs de 200°C) et des courbes gCnCralement bien rkversibles; on peut donc penser que les minCraux magnetiques sont des titanomagnetites de compositions chimiques analogues B celles communCment trouvCes dans les basaltes sous-marins ( x - 0,6), n'ayant pas encore subis d'oxydation basse tempkrature notable; on peut donc exclure 1'CventualitC de la prCsence d'une aimantation rCmanente d'origine chimique (ARC) pour ces roches de 1'Cpoque Brunhes.
Les valeurs de J, sont le plus souvent obtenues sur des Cchantillons de gros volume (tableau 1) frkquemment recouverts, voire totalement constituCs de verre. Le manganbse est Cgalement prdsent, parfois en couche
Cpaisse. Ceci explique les intensites parfois extrCme- ment faibles, pour des roches basaltiques (quelques 1/10 d'ampbres par mbtre), tandis que la dispersion importante des valeurs de J, rCsulte de la proportion variable, d'un Cchantillon B l'autre, des parties non magnttiques. I1 est difficile de savoir, dans ces conditions, si la valeur moyenne 3, = 11,35 + 2,31 A.m-' ~ e m - c m - ~ ) est reprksentative de l'aimanta- tion de la couche basaltique B l'axe de la dorsale de 1'Est Pacifique B 21°N ou si la proportion de basaltes fortement aimantCs (quelques dizaines d'ampkres par mbtre) n'est pas sous-estimCe. Notons cependant que les Cchantillons constituCs de basalte uniquement ont des intensitks d'aimantation rkmanente comparables h celles de la dorsale mCdio-Atlantique (Carmichael 1970; Irving et al. 1970; Lecaille et al. 1974; Johnson et Atwater 1977).
La polarit6 magnCtique des 22 Cchantillons rCorientCs est uniformCment normale conformCment B l'anomalie magnCtique axiale correspondante. La valeur moyenne de l'inclinaison calculCe en donnant un poids unitaire B chaque Cchantillon est I = 41,8 2 16,7", c'est-8-dire peu differente de celle du champ dipale local I = &37,4". Rappelons que 1'6chantillon ALV 981-23 prCc6demment mentionnC est exclu de cette moyenne; les critbres de polarit6 sont dans ce cas des petites cavitCs allongees en forme d'ellipsoyde de rkvolution dont la section circulaire est trop petite pour montrer une dissymCtrie par rapport au plan horizontal de sorte qu'il est impossible d'attribuer une polarit6 B 1'Cchantil- lon; en revanche, le plan horizontal est dCfini avec une assez bonne prkcision et la valeur absolue de l'inclinaison ainsi obtenue (111 = 41,7") est identique h la valeur moyenne.
La valeur moyenne de l'inclinaison ainsi calculCe n'est peut Ctre pas bien reprisentative de la rCalitC dans la mesure oil 1'Cchantillonnage (fig. 1) n'est pas toujours rkparti de f a ~ o n homogbne dans la superlicie CtudiCe; ainsi les trois groupes d'Cchantillons CYP 78-12-(34 et 35); CYP 78-19-(69 et 73); ALV 920-(2 h 7), correspondent-ils B trois lieux ponctuels de prklbvement dans la vallCe axiale (fig. 1). Sans Ctre une certitude absolue, il est trbs vraisemblable que les Cchantillons provenant d'un mCme point de prklbvement ou site ont des Bges similaires, c'est-B-dire que leurs inclinaisons magnktiques sont identiques.
Par contre, dans le cas d'un dragage qui s'effectue sur une certaine distance et pour lequel le point precis de prC1bvement de chaque Cchantillon est inconnu, on ne pourra assigner un iige identique aux diffkrents Cchantillons rCcoltCs ensemble; c'est pourquoi les Cchantillons GL DR 8-1 et GL DR 8-1 /3 de la drague 8 (fig. 1) seront, dans le doute, associts h deux points diffkrents de prdlbvement. Si l'on admet ces hypothbses, on peut calculer une inclinaison moyenne en d o ~ a n t
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cette fois un poids unitaire au site. Sur les 15 sites obtenus, la valeur moyenne de l'inclinaison, I = 42,2 t 19,4", n'est pas significativement differente de celle calculCe prCcCdemment .
La dispersion des valeurs de l'inclinaison ne reprksente toutefois qu'une valeur indicative minimale de la dispersion des vecteurs aimantation r6manente des Cchantillons car elle suppose, dans ce cas oh l'on ignore les azimuts, que les dkclinaisons magnktiques sont tou- jours nulles, c'est-&dire que les vecteurs sont tous orient& vers le nord. Cette dispersion peut avoir plu- sieurs causes:
(1) mauvaise fossilisation par la roche du champ magnCtique terrestre lors du refroidissement; cette explication n'est certainement pas le facteur dC- terminant;
(2) effets de la variation sCculaire du champ magnCtique terrestre qui peut Ctre responsable des Ccarts importants de l'inclinaison observCe avec celle du champ dipale;
(3) connaissance imprecise du plan horizontal ou de la verticale lors du refroidissement de la roche, qui dCpend de la validit6 intrinsbque du critbre utilisC;
(4) erreur de positionnement de 1'Cchantillon dans le repbre orthonormC du pldtre qui varie selon les qualitks morphologiques du critbre de polaritk;
(5) l'acquisition d'une ARC postCrieurement h l'apparition de I'ART originelle pourrait Cgalement Ctre cause de dispersion des directions de l'aimantation rkmanente. Cette possibilitk semble ici pouvoir Ctre exclue, comme le suggbrent les enregistrements thermomagnCtiques prCc6demment mentionnts.
Discussion Avant de dksigner c o m e principale responsable de la
dispersion, la variation dculaire, examinons les causes d'erreur (3) et (4).
La dktermination du plan horizontal lors du refroidissement d'une roche est vraisemblement erronCe dans le cas d'une coulCe de lave fluide CpanchCe sur une pente prkexistante. Le plan horizontal donnC par les critbres de polarit6 (tubes d'alimentation et plan d'allongement des laves cordCes, surtout) peut Ctre en rCalitC un plan inclink. I1 est difficile de quantifier la valeur que la pente peut atteindre, mais on peut imaginer que pour une lave fluide, qui s'Cpanche donc vite et loin, I'erreur peut Ctre d'autant plus grande que l'tchantillon est plus rapidement refroidi, c'est-&-dire qu'il est plus vitreux. Si l'on admet que les tubes de laves cordCes peuvent Ctre figCs en position inclinCe avant mCme d'avoir pu Ctre CquilibrCs par les forces de la pesanteur, il n'est pas inimaginable que la pente, et donc l'erreur d'inclinaison magnttique, puissent aisCment dkpasser 10". Ce pourrait Ctre le cas des Cchantillons ALV 920-4 et ALV 920-7, l'erreur Ctant plus importante pour les
FIG. 3 . Septum sur un Cchantillon vitreux de lave fluide cordCe (GL DR 8-1). La flbche indique la verticale vers le bas (+d.
FIG. 4. Tubes et septum de verre sur un Cchantillon vitreux de lave cordCe (GL DR 8-1 13) . La flbche indique la verticale vers le bas (+ z ) .
Cchantillons CYP 78-06-1 1, GL DR 8-1 et GL DR 8-1 /3 presque exclusivement formCs de verre (figs 3 et 4).
La determination de la verticale est Cgalement imprkcise lorsqu'un Cchantillon de come vitreuse a CtC repCrC en place pointant verticalement vers le haut (CYP 78-04-07B). On peut estimer que 1'Ccart entre la position rCelle et la verticale atteint facilement la dizaine de degrCs.
L'imprCcision sur le positionnement de l'tchantillon dans le moule de pldtre, par rapport aux critbres de rkorientation est un facteur suppltmentaire de dispersion de l'inclinaison magnktique. Cette erreur affecte tous les Cchantillons mais & des degrCs divers, fonction de 1'Ctat de dCveloppement des critbres. Elle est nCgligeable pour les Cchantillons qui offrent des critbres de polarit6 bien formis: stalactite (CYP 78-19-73, fig. 5), septum (CYP 78-12-34, fig. 6; ALV 920-3, fig. 7; INMD 17D-136), cavies et tubes (CYP 78-18-63A, fig. 8; CYP 78-09-15, fig. 9; CYP 78-12-35). Remarquons que pour ces sept Cchantillons, l'inclinaison magnktique ne s'Ccarte de l'inclinaison du champ dipale que de 2,8" dans le cas extrCme (tableaux 1 et 2).
La prCcision est Cvidemment moins bonne lorsque le
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FIG. 5. Stalactite pendant au toit d'un tube d'alimentation dans une lave cordke (CYP 78-19-73). La flkche indique la verticale vers le bas ( + 2).
FIG. 6. Septum formant une paroi verticale dans un kchantillon de lave cordke (CYP 78-12-34). La flkche indique la verticale vers le bas (+z).
crithre de polarit6 est insuffisamment dCveloppC (tableau 2): stalactites a l'ttat d'tbauches (ALV 920-2, fig. 10; ALV 920-4; ALV 920-5; ALV 920-7; INMD 17D-131-15), septumde hauteur faible (CYP 78-07-12), bulles gazeuses de petites dimensions, ou lorsque l'on ne dispose que d'un fragment trop petit d'une de ces figures de rkorientation: morceau d'une grosse cavitt de pillow (CYP 78-03-05, fig. 11; GL DR 7), fragment rCduit d'un liseret vitreux bordant un pilier de lac de lave (CYP 78-19-69). On peut esptrer minimiser l'erreur de positionnement de 1'Cchantillon dans le plitre en rCorientant indkpendamment les uns des autres diffkrents fragments d'un m&me Cchantillon comportant chacun des crithres de polaritt; l'expkrience semble concluante dans tous les cas dont nous disposons (tableau 1: CYP 78-09-15, -10-17, -12-34 et -12-35) car l'inclinaison obtenue est toujours comparable 5 celle du champ dip8le.
Les causes d'imprCcision de la rtorientation sont donc nombreuses et peuvent a elles seules rendre compte de la majeure partie de la dispersion de l'inclinaison magnCtique observCe. Ainsi lorsque plusieurs Cchantil- lons ont CtC prClevCs au m&me endroit (cas dCja mentionnC des six Cchantillons ALV 920-(2 B 7)), on
FIG. 7. Septum inclink d'environ 20" par rapport B la perpendiculaire au toit d'un tube d'alimentation de lave cordke (ALV 920-3). La flkche indique la verticale vers le bas ( + d .
- FIG. 8. Grosses cavitks dans une lave cordke montrant un
plancher lisse et un toit h6riss6 de petites stalactites (CYP 78-18-63A). La flBche indique la verticale vers le bas (+ z).
peut penser, bien que ce ne soit pas impkrativement vrai, que leur bge et donc leur direction d'aimantation rCmanente sont identiques. Les diffkrences d'inclinai- son observkes d'un Cchantillon B l'autre ne seraient alors dues qu'aux erreurs de rkorientation.
Pour les Cchantillons ALV 920-(2 a 7), la dispersion des inclinaisons pourrait provenir uniquement de la
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TABLEAU 2. Inclinaisons magnetiques et critkres de polarit6
chanti ill on P stable Nature de la roche Critkre de polarit6 Qualit6 du critkre
CYP 78-03-05
CYP 78-04-07B
CYP 78-06- 1 1
CYP 78-07-12
CYP 78-09- 15
CYP 78-10-17
CYP 78- 12-34
CYP 78-12-35
Pillow Petit morceau d'une grosse cavitk
Come pointant verticale- ment vers le haut
CavitCs-tubes vitreux
MCdiocre
Come essentiel- lement vitreuse
Verre de lave cordCe
Verre de lave cordCe
Lave cordCe +
Orientation approximative
Moyenne
Petit septum Assez bonne
Cavitks et tubes Assez bonne verre
Pillow Moyenne
Trks bonne
Bulles gazeuses et cavitCs de petites tailles
Septum trks bien dkve- lop@
Morceau d'un large tube d'Bcoulement A toit rugueux (stalactites)
Deux grosses cavitks
Lave cordCe
Lave cordCe Assez bonne
CYP 78- 18-63A Lave cordCe + verre
Pilier de lac de lave
Lave cordte Lave cordCe +
couche de Mn sur les faces inteme et externe
Lave cordCe + verre
Trks bonne
MCdiocre CYP 78-19-69 Petit morceau de frange vitreuse
Stalactite bien dCveloppCe Plan d'allongement d'un
tube de lave et Cbauches de stalactites sur la face inteme supkrieure
CYP 78-19-73 ALV 920-2 ALV 920-4 ALV 920-5 ALV 920-7
Trks bonne MCdiocre
ALV 920-3 Septum bien dCveloppC a -20" de la perpendicu- laire au toit de la lave
Petit morceau d'un septum
Bonne
ALV 920-6 45 ,O
ALV 981-23* (+-42,9)
Lave cordhe h couche de Mn
Come essentiel- lement vitreuse
Moyenne
Bulles gazeuses et tubes de verre de petites dimensions
PolaritC indiscer- nable, seul le plan horizontal est retrouvC
Moyenne INMD 17D-131-15 28.0 Lave cordCe non trempCe
Plan d'allongement de la lave et Cbauches de stalactites
Petit morceau d'un septum + cavitC
Petit morceau d'une grosse cavitC
Septum de verre
INMD 17D-136 35,8
GL DR 7 69,6
GL DR 8-1 84.1
Lave cordCe + verre
Pillow
Assez bonne
Moyenne
MCdiocre Partie vitreuse d'une lave cordCe
Partie vitreuse d'une lave cordCe
Moyenne Tubes et septum de verre bien dCvelopp6s
NOTE: La qualit6 de ces critkres est estim6e Zfonction de leur dtveloppement morphologique et de leur validit6 intrins*que, et non pas en fonction des r6sultats obtenus.
*Echantillon non utilis6 dans le calcul de la moyenne.
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FIG. 9. Petites cavitks au toit rugueux, dans une lave cordke (CYP 78-09-15). La flbche indique la verticale vers le bas (+z).
FIG. 10. Plan d'allongement d'un tube d'alimentation de lave fluide dont la face interne sup6rieure est hCrisske d'kbauches de stalactites (ALV 920-2). La flBche indique la verticale vers le bas (+ z).
FIG. 11. Petit morceau d'une grosse cavitk au toit rugueux dans un pillow (CYP 78-03-05). La flkche indique la verticale vers le bas (+ z).
diffkrence de validit6 des critbres utilisbs: septum et 6bauches de stalactites; le second critbre est moins prCcis que le premier du fait qu'il ne permet pas, dans ces conditions, de reconnaitre une coul6e mise en place horizontalement d'une autre originellement inclinte.
Pour les Cchantillons CYP 78-19-69 et CYP 78-19-73 prClevCs 21 l'axe de la dorsale et d'inclinaison respective 21,6 et 34,6", la diffkrence est encore imputable ?I la qualit6 des critkres, insuffisant dans le premier cas (petit
fragment d'un liseret vitreux bordant un pilier de lac de lave) et bon dans le second cas (stalactite bien dCveloppCe) .
Pour les Cchantillons CYP 78-12-34 et CYP 78-12-35 Cgalement prClevCs en un mCme point de la zone axiale, l'accord des inclinaisons entre elles et avec celle du champ dipale est remarquable (I Cgale respectivement 35,O et 36,3") comme l'est la qualit6 des crit2res employCs sur deux fragments indtpendants de chacun des deux Cchantillons (grand septum et tube de lave non trempC) .
Si nous examinons les Cchantillons dont les valeurs de l'inclinaison magnttique sont 6loignCes de celle du champ diphle, nous remarquons que dans la majorit6 des cas les critbres de reorientation se prksentent sous forme vitreuse. Nous avons dCjh mentionnC les rCsemes que l'on pouvait Cmettre B 1'Cgard du critbre de verre. Si la stalactite et le septum bien dCvelopp6s sont d'excellents critkres de polarit6 lorsque la lave cordCe a eu le temps de cristalliser sous forme d'une basalte, mime h granulometrie trbs fine, il semble qu'il en soit autrement lorsque ces mCmes critbres, le septum en particulier, se prksentent 2 1'Ctat de verre. Dans le premier cas, il parait ttabli que la stalactite comme le septum est principalement soumise 2I la gravitC et qu'elle indique la verticale du lieu au moment du refroidissement de la coulCe, le toit du tube de lave peut ainsi Ctre perpendiculaire 21 la stalactite ou au septum qui en est issu si la coulee est horizontale (CYP 78-19-73, fig. 5; CYP 78-12-34, fig. 6), ou au contraire dCviC de la perpendiculaire si la coulCe s'est mise en place le long d'une pente (ALV 920-3, fig. 7; INMD 17D-136). Dans le second cas, on peut craindre que la trempe de la lave fluide ait CtC trop brutale pour avoir laissC le temps aux critbres de polarit6 (les tubes surtout) de s'kquilibrer dans le champ de pesanteur. Les facteurs prCpondCrants qui, dans ce cas, guideraient l'orientation des figures de polarit6 seraient la fluidit6 de la coulee, la vitesse de refroidissement et l'inclinaison de la pente. Les Cchantillons CYP 78-06-1 1, CYP 78-07-12, GL DR 8-1 (fig. 3) et GL DR 8-113 (fig. 4) sont sans doute une illustration de ce cas.
Les Cchantillons DR 7, DR 8-1 et DR 8-1 /3 ont les inclinaisons magnCtiques les plus CloignCes de celle du champ dip6le (I Cgale respectivement 69,6, 84,l et 67,s"). DR 8-1 et DR 8-113 sont des Cchantillons de lave cordte qui proviennent d'une mCme drague situCe B l'axe de la dorsale; les critbres de rkorientation sont des sortes de septa et des tubes d'alimentation aplatis, toujours exclusivement constituCs de verre (figs 3, 4). L'Cchantillon de pillow GL DR 7 est prClev6 a 2 km 2 l'est des precCdents et orient6 selon un critbre different mais Cgalement de qualit6 mtdiocre (morceau d'une grosse cavite). Le fait que l'inclinaison magnCtique soit
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systkmatiquement forte pour ces trois Cchantillons, amkne a penser que la part certainement importante des erreurs de rkorientation n'est pas seule en cause, mais que la variation sCculaire du champ magnCtique terrestre joue peut-etre ici un r6le prCpondCrant. En raison de leur situation gkographique dans la zone de volcanisme actif et du fait de la prCsence de verre d'une remarquable fraicheur, les roches de la drague 8, parmi les plus jeunes prClevks, ont peut &re CtC extrudks a une Cpoque trbs rCcente ou la direction du champ magnCtique terrestre Ctait voisine de celle du champ local actuel dont l'inclinaison est environ 47" (United States Hydro- graphic Office 1955), soit de 10" supkrieure B celle du champ dip6le.
Erreur d'orientation et variation sCculaire du champ magnCtique terrestre expliquent sans doute aussi les inclinaisons des Cchantillons CYP 78-03-05 (1 = 13, lo), CYP 78-04-07B (1 = 56,3"), CYP 78-06-1 1 (1 = 15,9") et CYP 78-07-12 (1 = 5 1,3") (tableaux 1 et 2).
Conclusion La latitude relativement faible de 21°N n'est
thioriquement pas la condition la meilleure pour retrouver la polarit6 magnttique de roches en place. La composante verticale du vecteur aimantation rkmanente est en effet petite devant la composante horizontale dont on ignore, le cas Cchtant, l'azimut. En outre, plus la latitude est basse, plus la probabilitk est grande d'observer des roches a inclinaison inverse bien que de direction normale, du simple fait de la variation sCculaire (Harrison et Watkins 1977). Ntanmoins, les 22 Cchantillons de roche basaltique provenant de la vallCe axiale de la dorsale est-pacifique ont une polarit6 uniformkment normale, c'est-a-dire conforme B l'ano- malie Brunhes correspondante. Ceci confirme le fait que les chances d'kchantillonner un Cpisode de polarit6 magnttique inverse, ou une Cventuelle excursion du champ magnitique terrestre au sein de la pCriode Brunhes, sont extrCmement rCduites. Une conclusion identique dtcoule des nombreuses mesures de polarit6 realides in situ au moyen d'un gradiombtre magnktique dans la vallCe axiale Amar (sud de la zone FAMOUS, 5 36"28'N), ou Atwater et Macdonald (1978) n'ont dttect6 aucune polarit6 indubitablement inverse, contrairement a ce que suggCraient les profils magnCtiques .
La valeur moyenne de l'inclinaison magnktique ne varie pour ainsi dire pas, que l'on considkre les 22 Cchantillons pris individuellement ou les 15 sites correspondants. Cette valeur est peu diffkrente de celle du champ dip6le axial mais Cgalement de celle du champ local actuel qui peut avoir CtC le tCmoin de l'extrusion de certaines des coulCes les plus rCcentes de la zone volcanique active de la vallte axiale. Ce point devrait pouvoir etre prCcisC par des datations absolues.
Nous avons pu constater que la dispersion des valeurs de l'inclinaison magnCtique Ctait essentiellement like B la qualit6 des critbres de rkorientation disponibles. Ceux-ci sont d'autant meilleurs qu'ils sont mieux dCveloppCs et plus largement CchantillonnCs dans une roche, semble-t-il, mieux cristallide. Cependant, tous les critbres ne sont pas tgalement fiables. Ainsi, le souvenir visuel de la position qu'un Cchantillon occupait sur le terrain lors de son prklkvement ne peut-il etre qu'approximatif, tout comrne l'est l'orientation (voire la polarit6) d'une Cchantillon carottC directement sur le plancher ocCanique (Ade-Hall et al. 1973; Johnson et Atwater 1977). En gCnCral, il semble que les figures verticales (stalactite, septum) soient plus fiables que les figures allongees dans un plan que l'on suppose horizontal mais qui peut Ctre inclink (cavitks CtirCes et tubes d'alimentation des laves cordCes). Ce point a CtC test6 sur 1'Cchantillon de lave cordCe ALV 920-3 (fig. 7b) qui comporte un septum inclink B environ 20" par rapport 2 la perpendiculaire au toit, duquel il est issu. Si l'on rCoriente 1'Cchantillon en considCrant successive- ment que le plan d'Ccoulement de la lave est le plan horizontal, puis que le plan du septum est le plan vertical, on obtient dans le premier cas une inclinaison d'environ 15" infirieure a celle du champ dip6le (I = 21,2") et dans le second cas, l'inclinaison du champ dip6le (I = 36,9"). Si l'on admet que les Cchantillons ALV 920-2, -4, -5, -6 et -7 ont une direction d'aimantation originelle identique, leur inclinaison Ctant toujours supCrieure a celle du champ dip6le (tableaux 1 et 2), le rCsultat obtenu pour ALV 920-3 B partir du septum parait donc plus plausible que celui donne par le plan d'allongement du tube de lave.
Dans la prCsente Ctude, les causes de dispersion de l'inclinaison magnCtique semblent essentiellement dues a des imprCcisions de rkorientation, la variation skculaire du champ magnCtique terrestre n'intervenant de faqon sensible que dans quelques cas; pour les sept Cchantillons dont les critkres de polarit6 sont jugCs de bonne qualid, l'inclinaison magnktique est pratique- ment confondue avec celle du champ dip6le.
Alors que l'orientation partielle qui utilise le critkre microscopique des vCsicules de dgrkgation (Bideau et al. 1977) ne semble Etre valable que dans quelques cas bien particuliers (Bideau 1980); la polarit6 et l'inclinai- son magnktique fossilisCes par un Cchantillon de basalte lors de son refroidissement in situ peuvent Ctre retrouvkes avec une assez bonne prkcision grsce B un certain nombre de critbres macroscopiques dont la fiabilitk semble Ctre, sinon universelle, du moins beaucoup plus systematique.
Remerciements Cette Ctude a CtC partiellement financCe par le Centre
national pour 1'Exploitation des Oceans, contrat no 7915888.
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Je remercie le Centre ocCanologique de Bretagne et en particulier R. HCkinian d'avoir mis ?I ma disposition les roches de la collection CYAMEX-RISE.
Je remercie Cgalement D. Biquand et A. Lecaille d'avoir lu de faqon critique ce manuscript e t de m'avoir fait part de leurs remarques.
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