1. Bimodal distribution of the solid products in a magmatic chamber: Modelling by fractional crystallization and coupling of the chemical exchanges with the differential melt/solid transport
- Author
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Morad Lakhssassi, Jean-Yves Cottin, Eric Touboul, Bernard Guy, Département Géochimie, environnement, écoulement, réacteurs industriels et cristallisation (GENERIC-ENSMSE), École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-SPIN, Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels (SPIN-ENSMSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire Magmas et Volcans (LMV-ENSMSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-SPIN-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Magmas et Volcans (LMV), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement et la société-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut de Recherche pour le Développement et la société-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM), Centre de Génie Industriel et Informatique (G2I-ENSMSE), Département Méthodes et Modèles Mathématiques pour l'Industrie (3MI-ENSMSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre G2I, Laboratoire de Transferts Lithosphériques (LTL), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM), Laboratoire Magmas et Volcans (LMV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Jean Monnet Saint-Étienne, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne Centre G2I, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut de Recherche pour le Développement et la société-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut de Recherche pour le Développement et la société-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM), Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), and Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Échange chimique ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes ,[SDU.STU.PE]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Petrography ,Thermodynamics ,Mineralogy ,Chemical exchange ,Répartition bimodale ,010502 geochemistry & geophysics ,01 natural sciences ,law.invention ,Discontinuity of composition ,Solidification ,Bimodal distribution ,[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry ,law ,Fractional crystallization ,Sédimentation ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,Crystallization ,0105 earth and related environmental sciences ,Physics ,Cristallisation fractionnée ,Global and Planetary Change ,Fractional crystallization (geology) ,Discontinuité de composition ,Magmatic chamber ,General Earth and Planetary Sciences ,Chambre magmatique - Abstract
International audience; Our aim is to explain the possible bimodality of the compositions of the magmatic rocks of the same province. In order to do so, we present a model for the crystallization of a magmatic chamber, coupling the three phenomena: solidification, sedimentation, chemical reactions between the solid and the liquid. These three phenomena make two independent dimensionless parameters appear: the ratios of the solidification rate to the transport velocity, and of the chemical kinetics to the transport velocity. The model is written for one independent chemical component. It is shown that, for certain values of the dimensionless parameters, the chemical composition of the chamber can present a bimodal distribution, starting from uniform initial conditions. This model shows that the coupling between three elementary phenomena is enough to explain the bimodality, or more generally the appearance of discontinuities of chemical compositions, without making any additional assumption. ==================================================== Nous cherchons à rendre compte de la bimodalité possible des compositions des roches magmatiques d'une même province. Pour cela, nous présentons un modèle de cristallisation d'une chambre magmatique couplant les trois phénomènes : solidification, sédimentation, réactions chimiques entre le solide et le liquide. Ceux-ci font apparaître deux paramètres sans dimension indépendants, exprimant les rapports respectifs de la vitesse de solidification sur la vitesse du déplacement solide/liquide, et de la cinétique d'échange sur la vitesse de déplacement. Le modèle est écrit pour un constituant chimique indépendant. On montre que, pour certaines valeurs des paramètres sans dimension, la composition chimique de la chambre peut présenter une répartition bimodale, alors que les conditions initiales sont uniformes. Ce modèle montre que le couplage entre trois phénomènes élémentaires suffit à rendre compte de la bimodalité, ou plus généralement, de l'apparition de discontinuités de compositions, sans faire intervenir d'hypothèse additionnelle.
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- 2010
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