Resumen de Geochemical signatures of underground waters in a basaltic tropical environment: : Experimental approach
Jean-Luc Hoareau, Eric Nicolini, Bertrand Fritz, Eric Delcher
- español
The Reunion Island is an oceanic basaltic island (2500 km2) located in the Indian Ocean under tropical climate (fig. 1). It comprises two shield volcanoes (i) the Piton des Neiges (3069 m omsl), active between 2.1 Ma and 12,000 y and now inactive; (ii) the Piton de la Fournaise (2631 m omsl), active still 1 Ma.
This volcanic system presents the complete alkaline magmatic series from the most alkaline end-members to the most differentiate ones: oceanite, aphyric basalt, cotectic basalt, zeolitic basalt, plagioclase-rich basalt and mugearite (fig. 2).
The humid climate, with a maximum annual rainfall around 12,000 mm on the eastern coast, favours an intense weathering of rocks and probably the formation of impermeable deep levels in the massif [Courteaud et al., 1997], originating a large number of springs in altitude.
The chemical composition of these spring waters indicates a variable chemical signature as a function of the lithology of the concerned drainage basins [Join et al., 1997; Hoareau, 2001] : the Mg/Ca ratio in natural waters is respectively 0.3 and 4.3 for plagioclase-rich basalt aquifer and oceanite aquifer (tab. I). This study is therefore devoted to an experimental approach of the origin of these geochemical signatures.
- français
L'île de la Réunion (océan Indien) est constituée d'une série magmatique alcaline quasi complète depuis les termes les plus basiques (océanite) jusqu'aux plus différenciés (mugéarite, syénite). L'île est parsemée de nombreuses sources d'altitude qui trouvent leur origine notamment dans (i) le climat très humide, (ii) la pluviométrie très importante qui favorise une altération importante des roches et (iii) l'hétérogénéité lithologique du massif qui explique pour partie la formation de niveaux imperméables profonds.
La composition chimique des eaux de ces sources traduit une signature géochimique variable en fonction de la lithologie des bassins versants. Par exemple, le rapport Mg/Ca dans des eaux naturelles est de 0,3 et de 4,3 pour des bas-sins versants respectivement à dominante de basaltes pintades et d'océanites.
Une approche expérimentale, par lixiviation, a permis de cerner les paramètres contrôlant ces signatures géochimiques. La lixiviation a été réalisée sur une série de roches-types représentant une série magmatique différenciée complète. Les résultats montrent clairement que l'altération de chaque type de roche fournit en solution aqueuse une signature géochimique spécifique à cette roche. Cette signature reflète, d'une part, la composition minéralogique des ro-ches altérées et, d'autre part, la répartition des éléments chimiques dans les différentes phases minérales des roches concernées (phases cristallines ou hyalines).
On constate que les compositions chimiques des solutions expérimentales sont très comparables, pour les cations, à celles des eaux naturelles de l'île de la Réunion après environ 35 heures de lixiviation. Un palier de minéralisation pour les charges cationiques et anioniques est alors atteint tandis que la mise en solution de la silice se poursuit.
La minéralisation finale des solutions, attestée par la conductivité électrique, décroît dans l'ordre suivant des ro-ches altérées : mugéarite (112 [nu]S.cm-1), basalte à zéolites (90 [nu]S.cm-1), basalte cotectique (40 [nu]S.cm-1) puis les trois autres basaltes 30 [nu]S.cm-1 (basalte aphyrique, océanite et basalte plagioclasique).
La différenciation des roches et la proportion de phénocristaux, de microlites ou de mésostase et de verre dans la roche jouent un rôle important dans le contrôle de la composition chimique des solutions d'altération.
La modélisation de l'altération menée sur les mêmes échantillons, réalisée au moyen du modèle KINDIS utilisé sans ses composantes cinétiques, a fourni des résultats similaires à ceux obtenus expérimentalement.
Avec cette base de données, il est possible de retrouver les environnements géologiques probables de la circulation des fluides souterrains à partir des caractéristiques des solutions naturelles aux exutoires. Il s'agit de proposer un outil d'étude indirecte de la géologie des aquifères dans des environnements complexes et d'accès difficile, tels qu'on peut les rencontrer sur le terrain à l'île de la Réunion.
