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Chemical and isotopic characterization of Antarctic meteorites: The chemical and isotopic effects of thermal processing and terrestrial weathering on the (re-)distributions of trace elements in chondrites

par Maeda, Ryoga
Président du jury Mattielli, Nadine
Promoteur Debaille, Vinciane ;Goderis, Steven
Co-Promoteur Claeys, Philippe
Publication Non publié, 2023-03-06

Thèse de doctorat

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Résumé :

My PhD research aims to encompass a detailed chemical and isotopic characterization of “well-preserved” Antarctic meteorites to improve our understanding of the (re-)distribution of various trace elements in specific meteorite types and the effects of the (re-)distribution on radiogenic isotope systematics. As Antarctic meteorites can be affected by alteration, prior to the investigation of the elemental distribution in meteorites and the isotopic effects of the (re-)distribution, the first task of this work has been dedicated to assessing the effects of Antarctic alteration on the chemical and isotopic compositions of ordinary chondrites, the most abundant class of meteorites, and more specifically on H group of ordinary chondrites. The main focus is placed on the systematic study of rare earth elements including their isotope systematics such as Sm-Nd and Lu-Hf.This PhD thesis first demonstrates that the effects of Antarctic alteration on the Sm-Nd and Lu-Hf systems in bulk H chondrites are generally limited and thus the Sm-Nd and Lu-Hf systems preserve their original compositions during Antarctic alteration. Secondly, the underlying mechanism of Antarctic alteration observed in the first part of the PhD study is investigated using in-situ measurement techniques including state-of-the-art laser ablation-inductively coupled plasma-time of flight-mass spectrometry (LA-ICP-TOF-MS). Simultaneously, the potential of LA-ICP-TOF-MS as a novel technique to study the elemental distribution is examined and evaluated. Finally, the distribution of lithophile elements among the constituent minerals in H chondrites is documented at the microscale and their re-distribution during thermal metamorphism in the parent body(ies), i.e., the thermal effects of the lithophile element distribution are quantified and discussed, with a direct link to the heterogeneity recorded in the Sm-Nd and Lu-Hf isotope systematics of bulk chondrites. Overall, this thesis confirms the generally pristine nature of Antarctic meteorites and describes the thermal processes that took place in the parent bodies of ordinary chondrites.

Cette thèse de doctorat vise à apporter une caractérisation chimique et isotopique détaillée des météorites antarctiques considérées comme « bien conservées" afin d'améliorer notre compréhension de la (re-)distribution de divers éléments en traces dans des types de météorites spécifiques ainsi que pour les systèmes isotopiques radiogéniques. Comme les météorites antarctiques peuvent être affectées par l'altération, avant l'étude de la distribution élémentaire dans les météorites et les effets isotopiques de la (re-)distribution, la première tâche de ce travail a été consacrée à l'évaluation des effets de l'altération antarctique sur les compositions chimiques et isotopiques des chondrites ordinaires, la classe la plus abondante de météorites, et plus précisément du groupe H des chondrites ordinaires. L'accent est mis sur l'étude systématique des éléments des terres rares, y compris leur systématique isotopique Sm-Nd et Lu-Hf.Ce travail démontre d'abord que les effets de l'altération antarctique pour les systèmes Sm-Nd et Lu-Hf dans les chondrites de type H sont généralement limités et donc que ces systèmes conservent leurs compositions d'origine lors de l'altération antarctique. Deuxièmement, le mécanisme sous-jacent de l'altération antarctique a été étudié à l'aide de techniques de mesure in situ, notamment l'ablation laser et la spectrométrie de masse plasma-temps de vol à couplage inductif (LA-ICP-TOF -MS). Simultanément, le potentiel du LA-ICP-TOF-MS en tant que nouvelle technique pour étudier la distribution élémentaire a été examiné et évalué. Enfin, la distribution des éléments lithophiles parmi les minéraux constitutifs des chondrites H est documentée à l'échelle microscopique et leur redistribution lors du métamorphisme thermique dans le ou les corps parents. Ainsi, les effets thermiques de la distribution des éléments lithophiles sont quantifiés et discutés, avec un lien direct avec l'hétérogénéité enregistrée dans la systématique isotopique Sm-Nd et Lu-Hf des chondrites. Dans l'ensemble, cette thèse confirme la nature généralement intacte des météorites antarctiques et identifie les processus thermiques qui ont eu lieu sur les corps parents des chondrites ordinaires.