The North American Wall mafic dikes and the diorite of the Rockslides mafic complex in the intrusive suite of Yosemite Valley show evidence of mixing with their host granites as well as with earlier components. Whole rock major element variation diagrams indicate the mafic rocks mixed with a more silicic component, but extrapolating to the silica end member does not yield the same result with each element. Trace element concentrations show a wide variation in concentration of Cr and Ni, with two samples showing enrichment in Cr (>300 ppm) and Ni (~44 ppm) compared to other samples (Cr =13-94 ppm; Ni = 5-26 ppm). These samples have the most primitive epsilon Nd values (-3.3, -3.5 at 100 Ma) analyzed thus far for the intrusive suite, indicating the suite has a larger range of isotopic values than previously thought. Delta 18 oxygen for Rockslides samples vary from 6.6 to 7.5 per mille (6 samples, average 7.03), higher than the 5.5 + 0.3 range for the mantle, indicating the presence of a crustal component in the system. Plagioclase phenocrysts within each unit display bimodal compositional populations. Subhedral to euhedral partially resorbed calcic cores (mode = An84-88) are reminiscent of a mafic magma, while sodic rims (mode = An48-50) are the product of a more silicic component. Very little to no intermediate zoning is present between cores and rims. Mineral-scale 87Sr/86Sr analysis of plagioclase cores and rims are consistent with previously published enriched bulk-rock ratios for the suite (0.7065-0.7078), but are unable to distinguish between mixing components. The plagioclase isotopic data show no direct evidence for a depleted mantle melt component contaminated by crustal assimilation. However, the mafic rocks are comparable to high-alumina basalts, whose generation involves crystal fractionation and magma mixing/crustal assimilation. The evolution of these high-alumina basalts provides an opportunity for magma contamination to take place before plagioclase crystallization, thus explaining why plagioclase core-rim analysis could not distinguish between mixing components. Therefore, it is possible but not necessary to derive the rocks from an enriched mantle source, especially since the bulk-rock oxygen isotopic values indicate a significant crustal component is present.

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.

Comprehension of eruptive histories is critical in understanding the evolution of magmatic systems at arc volcanoes and may supply evidence to the petrogenesis of intermediate and evolved magmas. Within the 300 ka eruptive history of Mount St. Helens, Washington, the Kalama Eruptive Period, 1479- ~1750 CE was bracketed by interludes of quiescence (Hoblitt et al., 1980) and thus likely represents an entire eruptive cycle within a span of 300 years. Study of the magmatic evolution during this short time period provides key information regarding inputs and the plumbing system of Mount St. Helens. This research aims to enhance comprehension of processes leading to the petrogenesis of intermediate magmas by providing whole rock and phase geochemical data of an eruptive cycle, thereby providing constraints on the magmatic evolution of the Kalama Eruptive Period. The eruptive sequence is divided into early, middle and late subperiods. The early Kalama began with two dacitic plinian eruptions and continued with smaller eruptions of dacite domes (64.4-66.5 wt% SiO₂) that included quenched mafic inclusions (53.7-57.7 wt% SiO₂). The middle Kalama signified the onset of basaltic andesite and andesite eruptions ranging between 55.5-58.5 wt % SiO₂. Subsequently, summit domes that began as felsic andesite (61-62.5 wt% SiO₂) and transitioned to dacite (62.5-64.6 wt% SiO₂) dominated the late Kalama. Previous work on Kalama-aged rocks suggests magma mixing is an integral process in their production. Compositions and textures of crystal phases, in addition to the presence of xenocrysts in middle and late Kalama rocks, confirm mechanical mixing of magmas likely produced many of the sampled compositions. New petrographic observations were integrated with new whole rock and phase EMP and LA-ICP-MS data and the known stratigraphy in order to constrain the magmatic and crustal components active during the Kalama Eruptive Period. New findings include: 1. Two populations of quenched mafic inclusions, one olivine-rich and one olivine-poor, are identified from the early Kalama based on mineralogy, textures, and major and trace element chemistry. Major element modeling shows crustal anatexis of plutonic inclusions found in early Kalama dacites could produce the felsic magma source of the olivine-poor population. The olivine-rich population incorporated cumulate material. 2. Four distinct lava populations erupted during the early part of the middle Kalama (X lavas), including two found exclusively in lahar deposits: M-type lahars are the most mafic, B-type lahars are more mixed, the Two Finger Flow was previously grouped with other middle Kalama-age lavas, and the X lava (in situ) has unique geochemical and textural character. X tephras likely correlate with the lavas. 3. There were at least three mafic source contributions at Mount St. Helens during the eruptive period: the parent to the X deposits, the cumulate material in the olivine-rich QMIs, and the calc-alkaline parent to the MKLV and SDO. The magma reservoir at Mount St. Helens has been modeled as a single, elongate chamber (Pallister et al., 1992). Multiple coeval basaltic or basaltic andesite parents fluxing into the magmatic system beneath the volcano could indicate a more complex magma chamber structure. / Graduation date: 2011

L'altération chimique des roches primaires et des minéraux dans les systèmes naturels a un impact majeur sur la formation des sols et leur composition. L'altération chimique est largement pilotée par la dissolution des minéraux. Les éléments chimiques libérés dans les eaux souterraines par la dissolution des minéraux réagissent facilement pour former des minéraux secondaires comme les argiles, zéolites et carbonates. Les carbonates se forment par réaction des cations divalents (Ca, Fe et Mg) avec CO2 dissous tandis que la formation des kaolins et de la gibbsite est attribuée à l'altération des minéraux riches en aluminium, le plus souvent les feldspaths. Le projet Carbfix à Hellisheiði (sud-ouest de l'Islande) a pour but d'utiliser les processus d'altération naturelle pour former des minéraux carbonatés par réinjection dans les roches basaltiques environnantes de CO2 provenant d'une centrale géothermique. Ce processus trouve son origine dans la dissolution des roches basaltiques riches en cations divalents (Ca, Fe et Mg) qui se combinent au CO2 injecté pour former des minéraux carbonatés. Cette thèse est centrée sur la dissolution du basalte cristallin de Stapafell qui est composé essentiellement de trois phases minérales (plagioclase, pyroxène et olivine) et qui est riche en cations divalents. La vitesse de libération des éléments du basalte à l'état stationnaire et loin de l'équilibre a été mesurée dans des réacteurs à circulation à des pH de 2 à 12 et des températures de 5 à 75°C. Les vitesses de libération de Si et Ca à l'état stationnaire présentent une variation en fonction du pH en forme de U avec une diminution des vitesses lorsque le pH augmente en conditions acides et une augmentation avec le pH en conditions alcalines. Les vitesses de libération du silicium par le basalte cristallin sont comparables à celles par le verre basaltique de même composition chimique aux faibles pH et aux températures ≥ 25°C mais elles sont plus lentes aux pH alcalins et aux températures ≥ 50°C. Par contre, les vitesses de libération de Mg et Fe diminuent de manière monotone avec l'accroissement du pH à toutes les températures. Ce comportement a pour cause les variations contrastées, en fonction du pH, des vitesses de dissolution des trois minéraux constitutifs du basalte: plagioclase, olivine et pyroxène. Les vitesses de libération des éléments déduites de la somme des vitesses de dissolution du plagioclase, pyroxène et olivine normalisées à la fraction volumique de ces minéraux sont, à un ordre de grandeur près, les mêmes que celles mesurées dans cette étude. En outre, les résultats expérimentaux montrent que, durant l'injection d'eaux chargées en CO2 de pH proche de 3.6, le basalte cristallin libère préférentiellement Mg et Fe en solution par rapport à Ca. L'injection de fluides acides chargés en CO2 dans des roches cristallines basaltiques peut donc favoriser la formation de carbonates de Mg et Fe aux dépends de la calcite aux conditions de pH acides à neutres. Le plagioclase, qui est la phase la plus abondante du basalte, influence fortement la réactivité de ce dernier. La vitesse de dissolution du plagioclase, basée sur la libération de la silice, présente une variation en forme de U en fonction du pH, diminuant lorsque le pH augmente aux conditions acides mais augmentant avec le pH aux conditions alcalines. En accord avec les données de la littérature, la vitesse de dissolution du plagioclase à pH constant, en conditions acides, augmente avec sa teneur en anorthite. L'interprétation et le fit des données obtenues suggèrent que la vitesse de dissolution du plagioclase est contrôlée par la décomposition d'un complexe activé riche en silice, formé par le départ de Al de la structure du minéral. Le plus remarquable, par comparaison aux hypothèses antérieures, est que la vitesse de dissolution du plagioclase en conditions alcalines est indépendante de sa teneur en anorthite - e.g. les vitesses de dissolution des plagioclases riches en anorthite augmentent avec le pH aux conditions alcalines. A ces conditions, il est probable que la vitesse de dissolution rapide du plagioclase domine, en raison de sa forte teneur en Ca, la libération vers la phase fluide des cations divalents du basalte cristallin. La gibbsite est généralement le premier minéral qui précipite lors de la dissolution du plagioclase. C'est un hydroxyde d'aluminium que l'on trouve dans divers sols et qui est aussi la phase principale des minerais de bauxite. Les vitesses de précipitation de la gibbsite ont été mesurées dans des réacteurs fermés, en conditions alcalines à 25 et 80°C, en fonction de l'état de saturation du fluide. Les analyses des solides après réaction ont démontré que la précipitation de gibbsite s'est produite dans toutes les expériences. L'interprétation de l'évolution dans le temps de la chimie du fluide réactif fournit des vitesses de précipitation de la gibbsite qui sont près des vitesses de dissolution du plagioclase. En plus, des vitesses de précipitation de la gibbsite diminuent plus rapidement que des vitesses de dissolution du plagioclase quand le pH descende. Ceci suggère que l'étape limitant de l'altération du plagioclase sur la surface de la terre est plutôt la consommation d'Al par formation de la gibbsite que la dissolution même du plagioclase. La kaolinite est en général le second minéral formé après la gibbsite lors de la dissolution du plagioclase à basse température. Les vitesses de précipitation de la kaolinite ont été mesurées dans des réacteurs à circulation à pH = 4 et t = 25°C, en fonction de l'état de saturation du fluide. Au total, 8 expériences de précipitation de longues durées ont été réalisées dans des fluides légèrement supersaturés par rapport à la kaolinite, en utilisant comme germes pour la précipitation une quantité connue de de kaolinite de Géorgie (KGa-1b) contenant peu de défauts et préalablement nettoyée. Les vitesses de précipitation de kaolinite mesurées sont relativement lentes comparées aux vitesses de dissolution du plagioclase. Cette observation suggère que la formation de kaolinite lors de l'altération est limitée par sa vitesse de précipitation plutôt que par que la disponibilité en Al et Si issus de la dissolution du plagioclase. L'ensemble des résultats de cette étude fournit un certain nombre de principes scientifiques de base nécessaires à la prédiction des vitesses et des conséquences de la dissolution du basalte cristallin et du plagioclase à la surface de la Terre et lors de l'injection du CO2 à proximité de la surface dans le cadre des efforts de stockage du carbone. Les résultats obtenus indiquent, bien que les vitesses de précipitation de la gibbsite soient relativement rapides, que la vitesse de précipitation relativement lente de la kaolinite peut être le processus contrôlant la formation de ce minéral à la surface de la Terre. Cette observation souligne la nécessité de poursuivre la quantification de la précipitation de ce minéral secondaire aux conditions typiques de la surface de la Terre. En outre, comme les proportions des différents métaux divalents libérés par les basaltes cristallins varient sensiblement avec le pH, la carbonatation des basaltes doit produire un changement systématique de l'identité des minéraux carbonatés et des zéolites précipités en fonction de la distance au puits d'injection. Cette dernière conclusion pourra être directement testée dans le cadre du projet CarbFix actuellement conduit à Hellisheiði en Islande.

Mid-ocean ridge hydrothermal systems are known to extend to deep levels of the oceanic crust, including the plutonic section, but little is known about the timing and nature of fluid-rock interactions at these levels. To investigate the temporal and spatial characteristics of hydrothermal alteration in the lower crust, this study investigates a suite of hydrothermally altered (<5 to >20% hydrous alteration) gabbroic rocks recovered from the Hess Deep Rift, where 1.2 Ma fast-spreading East Pacific Rise crust is well-exposed. These samples were altered to amphibole-dominated assemblages with chlorite-rich samples occurring in a restricted region of the field area. Hornfels, indicative of reheated, previously altered rocks, are clustered in the central part of the field area. The entire sample suite has elevated 87Sr/86Sr (mean: 0.70257±0.00007 (2σ), n=16) with respect to fresh rock (0.7024). Bulk rock 87Sr/86Sr is strongly correlated with percentage of hydrous alteration and weakly correlated with bulk rock Sr content. The distribution of Sr in igneous and metamorphic minerals suggests that greenshist-facies alteration assemblages (chlorite, actinolitic amphibole, albitic plagioclase) lose Sr to the fluid while amphibolite-facies secondary assemblages (secondary hornblende, anorthitic plagioclase) take up Sr. The temperature-dependent mobilization of Sr in hydrothermal systems has implications for the 87Sr/86Sr and ultimately fluid/rock ratio calculations based on the assessed 87Sr/86Sr systematics. Considering Sr behaviour, minimum fluid/rock ratios of ~1 were calculated for the plutonic section. Due to the large uncertainty regarding fluid Sr composition at depth and the sensitivity of fluid/rock ratio calculations on this parameter, a model combining the sheeted dike complex and the plutonic section to one hydrothermal system is introduced, yielding a fluid/rock ratio of 0.5. This value may be more realistic since the fluid composition entering and exiting the sheeted dike complex is better constrained. The regional distribution of hornfelsed material with elevated 87Sr/86Sr suggests that fluid ingress into the upper plutonics at Hess Deep occurred on-axis in a dynamic interface of a vertically migrating axial magma chamber (AMC) and the base of the hydrothermal system. / Graduate

The Chachahuén volcanic complex, with the Cerro Bayo laccolith as one of the largest intrusions, is part of back-arc Payenia volcanic province in western central Argentina. Laccoliths show potential for generating oil in sedimentary basins and producing ore deposits. It is crucial to put more effort into understanding the magma plumbing system beneath the Chachahuén volcanic complex, which the Cerro Bayo laccolith is part of. Thus this project present the first thermobarometric modelling for the Cerro Bayo laccolith and the Chachahuén volcanic complex. Several thermometers and barometers were applied to plagioclase, amphibole and clinopyroxene to understand magma evolution in the underlying plumbing system. The dacitic to rhyodacitic laccolith rocks from Cerro Bayo have porphyric textures with plagioclase in the form of both clots (glomerocrysts) and single crystals, amphibole and clinopyroxene as main phenocrysts, while enclaves are more mafic in composition and have equigranular textures. Plagioclase in the sample varies from andesine to labradorite with a composition of An22-An68, while the clinopyroxene can be classified into diopside to augite with cores (Mg#=76-84) and rims (Mg#62-72). Amphibole, varies from pargasite, ferropargasite to magesiohastingsite and hastingsite, which can be grouped into three groups according to the Mg#: low Mg# amphibole (Mg# = 40-51), medium Mg# amphibole (Mg# = 52-61) and high Mg# amphibole (Mg# = 62-78). Besides, most of the Fe-Ti oxides in the samples are titanomagnetite with Usp mol.% in the range of 0.04-0.54. Results from clinopyroxene-liquid thermobarometers suggest a crystallization depth of 44 to 51 km for clinopyroxene cores and a crystallization depth of 19 to 31 km for rims, of which the derived crystallization temperatures are in the range of 1144 to 1170 °C and 973 to 1002 °C respectively. On the other hand, different thermobarometers of amphibole give consistent results of crystallization temperatures and depths. According to the amphibole-liquid thermometer, low Mg# (Mg#= 40-51) amphiboles have the lowest crystallization temperature in the range of 898 to 931°C, while medium Mg# (Mg#=52-61) amphiboles have higher crystallization temperatures in the range of 951 to 972°C and high Mg# (Mg# = 62-78) amphiboles have highest crystallization temperatures between 991 and 1013°C. The depth translated from pressure derived from amphibole-liquid barometers give a shallower crystallization depth range from 19 to 30 km for low Mg# amphiboles, a deeper crystallization depth in the range of 22 to 39 km for high Mg# amphiboles and deepest crystallization depth range of 27 to 41 km for medium Mg# amphiboles. Moreover, a depth from 2 to 20 km could be gained from the plagioclase-liquid thermobarometry which crystallized at 883 to 910°C. It is worth to point out that crystallization depth of clinopyroxene cores is deeper than the Moho in the Chachahuén area, while crystallization depth and temperatures of clinopyroxene rims are consistent with those of high Mg# amphiboles. Consistent temperatures and depths are also found for crystallization of plagioclase and low Mg# amphiboles which intergrow with each other. Thus, a multi-level magma plumbing system began from below the Moho, with a mushy zone in the upper crust, could be suggested to exist beneath the Cerro Bayo laccolith. Evidence from both petrology and geochemistry also indicate fractional crystallization as well as processes of magma mixing and recharge during magma evolution. / Chachahuén火山综合体，包含其最大的侵入体Cerro Bayo岩盘，是位于阿根廷中西部Payenia弧后火山区的一部分。前人研究多着重于岩石学、地球化学和地层学方面，因而针对下伏岩浆涌升系统的研究在该地区极具前瞻性，需要投入更多工作。本文首次尝试对Chachahuén火山复合体应用温压计进行研究，针对斜长石、角闪石和单斜辉石应用了不同的温度计和压力计，以揭示下伏于Cerro Bayo岩盘的岩浆涌升系统中的岩浆演化。 来自Chachahuén火山复合体Cerro Bayo岩盘的英安质-流纹英安质火成岩具有板状-似斑状结构，其斑晶主要为单晶或聚合物形式存在的斜长石、角闪石及单斜辉石。此外，岩盘中还发现具等粒结构的酸性捕虏体的存在。样品中斜长石（An=22-68）主要成分为中长石至拉长石.单斜辉石主要为透辉石和普通辉石，常发育高镁值核部（Mg#=76-84）和低镁值环带（Mg#62-72）。角闪石主要为韭闪石、铁韭闪石、镁绿钙闪石和绿钙闪石，可根据镁值进一步划分为三个组：低镁值组（Mg# = 40-51），低镁值组（Mg# = 52-61）和高镁值组（Mg# = 62-71）。此外，样品中的钛铁氧化物重要为钛磁铁矿（Usp%=0.04-0.54）。 单斜辉石-熔体温压计的结果表明单斜辉石的核部和环带的结晶温度和深度有所差异：核部具有较高的结晶温度（1144-1170 °C）和较深的结晶深度（44-50km），而环带具有较低的结晶温度（973-1002 °C）和较浅的结晶深度（18-31 km）。与角闪石相关的不同温压计给出了类似的结晶温度和压力，其中存在的微小差异均在误差范围内。因此本文将角闪石-熔体温压计的结果作为最终结果，其显示低镁值角闪石具有较低结晶温度（898-931°C），中镁值角闪石具较高结晶温度（951-972°C），而髙镁值角闪石具最高结晶温度（991-1013°C）。角闪石的结晶深度特征有所不同：低镁值角闪石的结晶深度最浅（19-30km），髙镁值角闪石的结晶深度较深（22-39 km），反而中镁值角闪石结晶深度最深（27-41 km）。斜长石-熔体温压计给出的斜长石结晶温度和深度分别为883-910°C及1-20km。 值得一提的是单斜辉石核部的结晶深度位于研究区莫霍面之下。同时，单斜辉石的环带与髙镁值角闪石具有相似的结晶温度和深度，而斜长石及共生的低镁值角闪石具有相似的结晶温度。因此可以推测，Cerro Bayo岩盘之下，发育一个自莫霍面之下开始的多层岩浆上涌系统。而岩石学和地球化学的证据还表明在岩浆发育过程中岩浆分化结晶和岩浆重注和混合作用并存。 / En lakkolit är en grund magmaficka och en vanligt förekommande del av en vulkan, vilken kan bilda en länk mellan djupa magmatiska aktiviteter och vulkanutbrott. Forskning om kompositionen och bildandet av grunda magmafickor kan hjälpa till att öka förståelsen om geologiska faror och naturresurser. Vid Cerro Bayo exponeras en grund magmakammare vilken utgör en del av Chachahuén vulkankomplexet i Argentina. Det här projektet fokuserar på det magmatiska lagringssystemet och magmautvecklingen vid Cerro Bayo. Magmasammansättningen och magmakammarens förhållanden såsom tryck, temperatur och vattenhalt samt vattensystemets struktur är viktiga faktorer som styr magmatiska processer. För att förstå magmautvecklingen under Cerro Bayo inleddes projektet med en kompositionsanalys av bergprover och mineral. Därefter genomfördes termobarometrisk modellering för att bestämma temperatur- och tryckförhållandena för kristalliseringen av mineraler i det magmatiska systemet. Resultaten av modelleringen tyder på att ett magmatiskt rörsystem av flera nivåer existerar under Cerro Bayo lakkoliten. Det djupaste magmamagasinet ligger på 44-50 km och når upp till 22-41 km i nedre jordskorpan, medan de grunda reservoarerna av magma ligger på ett djup av 2-20 km i övre jordskorpan som slutligen når den grunda magmafickan. Vidare indikerar analysen av mineralstruktur och mineralkemi processer av fraktionerad kristallisering samt påfyllning och blandning av magma under magmautvecklingen. Magman genomgick fraktionerad kristallisering under rörelser uppåt från de djupaste magmakammarna. Magmans temperatur varierar från högre än 1100 ° C till ~ 900 ° C. Ansamlingar av magma fortsatte att fylla på magmamagasin i nedre och övre jordskorpan. Blandning av magma inträffade när en ansamling varmare magma rörde sig från nedre till övre jordskorpreservoarer och påverkade såväl migrering av magma som placeringen av Cerro Bayo lakkoliten