Equilibration and disequilibration between monazite and garnet: indication from phase-composition and quantitative texture analysis

The integration of information which can be gained from accessory [i.e. age (t)] and rock-forming minerals [i.e. temperature (T) and pressure (P)] requires a more profound understanding of the equilibration kinetics during metamorphic processes. This paper presents an approach comparing conventional P-T estimate from equilibrated assemblages of rock-forming minerals with temperature data derived from yttrium-garnet-monazite (YGM) and yttrium-garnet-xenotime (YGX) geothermometry. Such a comparison provides an initial indication on differences between equilibration of major and trace elements. Regarding this purpose, two migmatites, two polycyclic and one monocyclic gneiss from the Central Alps (Switzerland, northern Italy) were investigated. While the polycyclic samples exhibit trace-element equilibration between monazite and garnet grains assigned to the same metamorphic event, there are relics of monazite and garnet obviously surviving independent of their textural position. These observations suggest that surface processes dominate transport processes during equilibration of those samples. The monocyclic gneiss, on the contrary, displays rare isolated monazite with equilibration of all elements, despite comparably large transport distances. With a nearly linear crystal-size distribution of the garnet grain population, growth kinetics, related to the major elements, were likely surface-controlled in this sample. In contrast to these completely equilibrated examples, the migmatites indicate disequilibrium between garnet and monazite with a change in REE patterns on garnet transects. The cause for this disequilibrium may be related to a potential disequilibrium initiated by a changing bulk chemistry during melt segregation. While migmatite environments are expected to support high transport rates (i.e. high temperatures and melt presence), the evolution of equilibration in migmatites is additionaly related to change in chemistry. As a key finding, surface-controlled equilibration kinetics seem to dominate transport-controlled processes in the investigated samples. This may be decisive information towards the understanding of age data derived from monazite.

Epidote in hydrous mafic magmas : near solidus phase relations in the lower crust

Crystallisation of hydrous mafic magmas at high pressure is a subject of numerous petrologic and experimental studies since the last century and is mainly related to the process of continental crust formation and the possible link between mantle derived melts and low pressure granitoids. Albeit the sequence of crystallization is well constrained by experimental studies, the origin of exposed lower crustal rocks exposed on the earth surface is controversial. Ones line of argument is favouring high pressure crystallization of dry or wet mafic magmas, whereas others invoke partial melting of pre-existing crust. Therefore studies involving field, textural and chemical observations of exposed lower crust such as in Kohistan (Pakistan) or Talkeetna (Alaska) are crucial to understand the continental crust formation processes via arc magmatism. Epidote-bearing gabbros are very sparse and always associated with the deep part of continental crust (>30 km) as in the Kohistan Arc Complex (Pakistan) or in the Chelan Complex (western U.S.). Magmatic epidote is restricted to a small temperature interval above the water-saturated solidus of MORB and represent the last crystallizing liquids in lower crustal regions. However, epidote and melt stability at lower crustal pressures are not clearly established.¦The Chelan complex (western U.S.) at the base of the Cascadian Arc is composed mainly by peraluminous tonalité associated with gabbroic and ultramafic rocks and was traditionally interpreted as a migmatitic terrain. However field, chemical and mineralogical observations rather suggest a magmatic origin and point to a protracted crystallization at intermediate to high pressure ~ 1.0 GPa dominated by amphibole fractionation and followed by isobaric cooling down to 650°C. Crystal fractionation modelling using whole rock composition and field constraints is able to generate peraluminous tonalité. The modelled crystallisation sequence and the volume proportions are in agreement with experimental studies performed at these pressures. The Chelan complex was thus not formed during a partial melting event, but represent the sequence of crystallisation occurring at the base of the crust. Massive fractionation of hornblende is able to generate peraluminous tonalité without significant assimilation of crustal rock.¦Similarly to the Chelan complex, the base of the Kohistan arc is composed of cumulates derived by high pressure crystallization of hydrous magma. In garnet gabbros, epidote occurs as magmatic phase, crystallising from hydrous interstitial melt trapped between grain boundaries at lower crustal pressures (Ρ ~ 1.2 GPa) for temperature of (650-700 °C). Trace and REE signature in epidote indicate that epidote was formed through peritectic reaction involving garnet, clinopyroxene and plagioclase. At the beginning of the crystallisation epidote signature is dominated by REE content in the melt, whereas at the end the signature is dominated by reacting phases. Melt in equilibrium with epidote inferred from the partition coefficients available is similar to intrusive tonalité up the section indicating that hydrous melt was extracted from the garnet gabbros. In some gabbros epidote shows single homogeneous compositions, while in others coexisting epidote have different compositions indicating the presence of solvi along the Al-Fe3+ join. The overgowths are only observed in presence of paragonite in the assemblage, suggesting high water content. At high water content, the hydrous solidus is shift to lower temperature and probably intersects the solvi observed along the Al-Fe3+ join. Therefore, several compositions of epidote is stable at high water content.¦-¦La composition chimique de la croûte continentale est considérée comme similaire à celle du magmatisme calco-alcalin de marge continentale active (enrichissement en éléments mobiles dans les fluides, anomalies négatives en Nb, Ta et éléments à haut potentiel électronique, etc...). Cependant la nature andésitique de la croûte continentale (Si02 > 60 wt%), résultant des nombreuses intrusions de granitoïdes dans la croûte supérieure, est sujette à polémique et le lien entre les magmas dérivés du manteau et les roches évoluées de faible profondeur n'est pas clairement établi (fusion partielle de croûte basaltique, cristallisation fractionnée à haute pression, etc...).¦Les affleurements de croûte profonde sont rares mais précieux, car ils permettent d'observer les phénomènes se passant à grande profondeur. Le complexe de Chelan (Washington Cascades) en est un exemple. Formé à environ 30 km de profondeur, il est composé de roches gabbroïques et ultramafiques, ainsi que de tonalités, qui furent souvent interprétés comme le produit de la fusion partielle de la croûte. Cependant, les relations de terrain, la chimie des éléments majeurs et des éléments traces sont cohérentes avec l'évolution d'un complexe magmatique mafique dans la croûte profonde ou moyenne ( 1.0 GPa), dominée par le fractionnement de l'amphibole. Après son emplacement, le complexe a subi un refroidissement isobare jusqu'à des températures de l'ordre de 650 °C, déduit de la composition chimique des minéraux. Un bilan de masse contraint pax les observations de terrain permet de calculer la séquence et les volumes de fractionnement. Les faciès évolués légèrement hyperalumineux observés sur le terrain peuvent être générés par la cristallisation de 3 % de websterite à olivine, 12 % d'hornblendite à pyroxène 33 % d'hornblendite, 19 % de gabbros, 15 % de diorite et 2 % de tonalité. Nous montrons ainsi qu'une série de fractionnement contrôlée par l'amphibole permet de générer des tonalités sans assimilation de matériel crustal et l'exemple de Chelan illustre la viabilité de ce processus dans la formation de croûte continentale.¦Les réactions proches du solidus saturé en H20 dans les systèmes basaltiques à des pressions élevées restent énigmatiques. Diverses expériences tendent à montrer que l'épidote est stable dans ces conditions, mais rarement observée (décrite ?) comme phase primaire dans les systèmes naturels. Les épidotes trouvées dans les gabbros de Jijal (nord-Pakistan) montrent des textures de type .magmatique telles qu'observées dans les roches évoluées. Le contenu en terres rares de ces épidotes est très variable allant de signatures enrichies en terres rares légères impliquant la présence de liquide interstitiel à des signatures complètement déprimées en ces mêmes éléments, évoquant une cristallisation en coexistence avec du grenat. Ces diverses signatures reflètent un chemin de cristallisation en présence de liquide interstitiel et enregistrent des réactions péritectiques impliquant grenat, clinopyroxene et plagioclase à des pressions de ~ 1.2 GPa pour des températures de 650-700 °C. Cependant dans quelques échantillons deux ou trois compositions d'épidotes coexistent démontrant la présence de lacunes d'immiscibilité le long de la solution solide épidote-clinozoïsite. La forte teneur en H20 du liquide magmatique est certainement à l'origine de la coexistence de deux compositions distinctes.

Inférence de source de traces d'essence retrouvées dans des débris d'incendie: Evaluation de la contribution de la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse à rapport isotopique

Lorsque de l'essence est employée pour allumer et/ou propager un incendie, l'inférence de la source de l'essence peut permettre d'établir un lien entre le sinistre et une source potentielle. Cette inférence de la source constitue une alternative intéressante pour fournir des éléments de preuve dans ce type d'événements où les preuves matérielles laissées par l'auteur sont rares. Le but principal de cette recherche était le développement d'une méthode d'analyse de spécimens d'essence par GC-IRMS, méthode pas routinière et peu étudiée en science forensique, puis l'évaluation de son potentiel à inférer la source de traces d'essence en comparaison aux performances de la GC-MS. Un appareillage permettant d'analyser simultanément les échantillons par MS et par IRMS a été utilisé dans cette recherche. Une méthode d'analyse a été développée, optimisée et validée pour cet appareillage. Par la suite, des prélèvements d'essence provenant d'un échantillonnage conséquent et représentatif du marché de la région lausannoise ont été analysés. Finalement, les données obtenues ont été traitées et interprétées à l'aide de méthodes chimiométriques. Les analyses effectuées ont permis de montrer que la méthodologie mise en place, aussi bien pour la composante MS que pour l'IRMS, permet de différencier des échantillons d'essence non altérée provenant de différentes stations-service. Il a également pu être démontré qu'à chaque nouveau remplissage des cuves d'une station-service, la composition de l'essence distribuée par cette station est quasi unique. La GC-MS permet une meilleure différenciation d'échantillons prélevés dans différentes stations, alors que la GC-IRMS est plus performante lorsqu'il s'agit de comparer des échantillons collectés après chacun des remplissages d'une cuve. Ainsi, ces résultats indiquent que les deux composantes de la méthode peuvent être complémentaires pour l'analyse d'échantillons d'essence non altérée. Les résultats obtenus ont également permis de montrer que l'évaporation des échantillons d'essence ne compromet pas la possibilité de grouper des échantillons de même source par GC-MS. Il est toutefois nécessaire d'effectuer une sélection des variables afin d'éliminer celles qui sont influencées par le phénomène d'évaporation. Par contre, les analyses effectuées ont montré que l'évaporation des échantillons d'essence a une forte influence sur la composition isotopique des échantillons. Cette influence est telle qu'il n'est pas possible, même en effectuant une sélection des variables, de grouper correctement des échantillons évaporés par GC-IRMS. Par conséquent, seule la composante MS de la méthodologie mise en place permet d'inférer la source d'échantillons d'essence évaporée. _________________________________________________________________________________________________ When gasoline is used to start and / or propagate an arson, source inference of gasoline can allow to establish a link between the fire and a potential source. This source inference is an interesting alternative to provide evidence in this type of events where physical evidence left by the author are rare. The main purpose of this research was to develop a GC-IRMS method for the analysis of gasoline samples, a non-routine method and little investigated in forensic science, and to evaluate its potential to infer the source of gasoline traces compared to the GC-MS performances. An instrument allowing to analyze simultaneously samples by MS and IRMS was used in this research. An analytical method was developed, optimized and validated for this instrument. Thereafter, gasoline samples from a large sampling and representative of the Lausanne area market were analyzed. Finally, the obtained data were processed and interpreted using chemometric methods. The analyses have shown that the methodology, both for MS and for IRMS, allow to differentiate unweathered gasoline samples from different service stations. It has also been demonstrated that each new filling of the tanks of a station generates an almost unique composition of gasoline. GC-MS achieves a better differentiation of samples coming from different stations, while GC-IRMS is more efficient to distinguish samples collected after each filling of a tank. Thus, these results indicate that the two components of the method can be complementary to the analysis of unweathered gasoline samples. The results have also shown that the evaporation of gasoline samples does not compromise the possibility to group samples coming from the same source by GC-MS. It is however necessary to make a selection of variables in order to eliminate those which are influenced by the evaporation. On the other hand, the carried out analyses have shown that the evaporation of gasoline samples has such a strong influence on the isotopic composition of the samples that it is not possible, even by performing a selection of variables, to properly group evaporated samples by GC-IRMS. Therefore, only the MS allows to infer the source of evaporated gasoline samples.