Soutenance de thèse de MUSOLINO Anna
Titre de thèse
Tectites, verres d'impact et verres attribués à des explosions atmosphériques : étude des conditions de formation
Tektites, impact glasses, and alleged airburst glasses: Evaluating their formation conditions
Résumé de la thèse
Les événements d'impact n'ont été reconnus comme un processus géologique majeur qu'à partir du milieu du XXᵉ siècle. Depuis lors, la compréhension des cratères d'impact, de leurs produits (verres d'impact) et des explosions atmosphériques (airbursts) a considérablement progressé grâce à la découverte de nouveaux cratères et de nouveaux verres, ainsi qu'à l'affinement des techniques d'analyse. Cependant, les processus exacts se produisant lors de ces événements restent encore mal contraints. L'objectif principal de ce travail est d'améliorer la compréhension des verres d'impact et, éventuellement, d'airburst, et d'évaluer les mécanismes de formation de certains d'entre eux. Ce travail est organisé en cinq articles.
La première étude, de nature expérimentale et déjà publiée, porte sur la dissociation du zircon, un géothermomètre classique utilisé pour identifier les verres d'impact et d'explosion aérienne, dont la réaction se produit idéalement à très haute température (>1670 °C). Les résultats montrent que cette réaction peut se produire à des températures plus basses lorsque le zircon réagit dans des environnements riches en alcalins (à pression atmosphérique), soulignant la nécessité de caractériser rigoureusement le contexte des observations de zircon.
La seconde étude présente une analyse pétrographique et minéralogique du verre de Pica, précédemment attribué aux feux dans des sols riches en matière organique et aux explosions aériennes, afin d'en préciser l'origine. Les résultats indiquent que les preuves sont insuffisantes pour confirmer une formation par airburst et suggèrent plutôt des températures de formation de 900-1000 °C. Différentes méthodes d'estimation des températures sont également discutées, soulignant la complexité de déterminer l'origine des verres.
La troisième étude (déjà publiée) est consacrée à l'identification d'un nouveau champ de dispersion en Australie, les ananguites. L'étude correspondante établit que ces verres, auparavant considérés comme un sous-groupe des tectites australasiennes « High Na/K », se sont formés il y a 11 millions d'années suite à la collision d'un impacteur chondritique avec des roches andésitiques. Le cratère source reste inconnu, probablement enfoui dans les régions volcaniques autour de l'Australie. Les tectites sont des verres d'impact rares ; la découverte d'un nouveau champ de dispersion, ainsi que la proposition d'autres champs, remet en question la fréquence réelle de ces événements violents dans l'histoire de la Terre.
La quatrième étude documente la présence d'inclusions mousseuses contenant de la coésite dans les zhamanshinites, auparavant observées uniquement dans les tectites Muong Nong et dans les verres d'impact de Pantasma. Cette découverte est significative car ces inclusions ressemblent aux tectites Muong Nong, mais dans ce cas le cratère source est connu.
La cinquième étude compare les irghizites – verres proximal splash-form de Zhamanshin – et les atacamaites – verres du désert d'Atacama, Chili, présentant une morphologie similaire. L'hypothèse selon laquelle les irghizites se formeraient par condensation du plasma dans le panache de vapeur a été testée par l'analyse des éléments traces dans les zones riches en Fe entourant les gouttelettes de fusion. Les résultats n'ont pas révélé d'enrichissement progressif des éléments volatils par rapport aux éléments réfractaires, suggérant que, si une condensation est intervenue, elle s'est produite dans des conditions plus complexes que prévu.
Ce travail contribue à affiner les critères d'identification des verres d'impact et d'explosion atmosphérique, élargit l'inventaire connu des tectites et apporte un nouvel éclairage sur les conditions à l'œuvre lors de ces événements géologiques rares mais catastrophiques.
Thesis resume
Impact events have been recognized as a major geological process only since the mid-20th century. Since then, our knowledge of cratering, impact products, and airbursts has grown through discoveries and the use of increasingly refined analytical techniques. Yet the physical and chemical processes involved remain insufficiently constrained. This thesis aims to improve our understanding of glasses formed during impact and airbursts, and to evaluate the processes underlying their formation.
This work is structured around five papers. The first investigation is a published paper on an experimental study on zircon dissociation, a common geothermometer used to identify impact and airburst glasses, since its dissociation reaction ideally occurs only at high temperatures (> 1670 °C). The results demonstrate that this reaction can take place at lower temperatures when zircon reacts in alkaline-rich environments at atmospheric pressure, underscoring the importance of contextual characterization of zircon.
The second paper presents a petrographic and mineralogical investigation of Pica glass, previously attributed to vegetation-rich soil fires and airburst events, to clarify its origin. The findings indicate that the available evidence is insufficient to confirm formation by an extreme event such as an airburst, and temperature estimates are more likely to indicate formation at 900-1000 °C. Various methods for estimating formation temperature are examined, along with their limitations, highlighting the complexity of determining the origin of glass.
The third investigation consists of a published paper on the identification of a new tektite strewn field in Australia, the ananguites. They were initially recognized as a subgroup of the Australasian tektites called High Na/K australites. They formed ~11 Ma from a collision between a chondritic impactor and an andesitic source rock. The crater remains undiscovered, likely hidden in or beneath the volcanically active regions surrounding Australia. Tektites are a very rare type of impact product; the identification of a new strewn field, along with proposals for at least two others, questions the actual frequency of such violent events.
The fourth paper examines the first documented occurrence of coesite-bearing frothy inclusions in zhamanshinites. Previously, such inclusions had only been observed in Muong Nong tektites and Pantasma impact glasses. We discuss the significance of finding coesite-bearing frothy inclusions in zhamanshinites, especially considering their resemblance to Muong Nong tektites, with the crucial difference that the source crater is known.
The fifth paper is another comparative study on Zhamanshin products. It examines irghizites – proximal splash-form glasses from Zhamanshin – and atacamaites – impact glass from the Atacama Desert in Chile, which share similar morphologies with accreted melt droplets on the external surface. The hypothesis that these splash-form glasses formed through plasma condensation in the vapor plume was tested through trace element analyses of the Fe-rich boundaries surrounding the melt droplets. The results did not reveal progressive enrichment of volatile elements relative to refractory ones, indicating that if condensation occurred, it did so under more complex conditions and without the expected sequential enrichment from volatile to refractory elements.
This work contributes to refining the criteria for identifying impact and airburst glasses, expands the known record of tektites, and sheds new light on the conditions that operate during these rare but catastrophic geological events.