Preuves de la présence de fonte alcalino-carbonatée dans le manteau cratonique

Contexte académique

Les fontes carbonatées jouent un rôle crucial dans le cycle profond du carbone terrestre, la fusion du manteau, les réactions d’oxydoréduction et le transport des éléments hautement incompatibles. Bien que des études expérimentales, des transformations métasomatiques et des inclusions de fonte/fluide dans les xénolites, les kimberlites et les diamants suggèrent la présence de fontes carbonatées dans le manteau cratonique, leur composition exacte reste difficile à déterminer en raison de leur nature éphémère et de leur forte réactivité. Une fois formées, ces fontes migrent loin de leur source et réagissent avec les minéraux silicatés du manteau, en particulier l’orthopyroxène, provoquant une métasomatose mantellique. La wehrlite, un produit de l’interaction entre la fonte carbonatée et le manteau péridotitique, est un candidat idéal pour étudier les fontes carbonatées in situ.

Cette étude vise à révéler la présence et la composition de fontes alcalino-carbonatées dans le manteau cratonique en analysant un xénolite de wehrlite à grenat provenant de la kimberlite de Majuagaa, dans l’ouest du Groenland. Cette recherche contribue non seulement à comprendre les mécanismes de la métasomatose mantellique, mais fournit également de nouvelles preuves sur le cycle profond du carbone terrestre.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Ekaterina S. Kiseeva (Musée américain d’histoire naturelle, Université de Cork, Irlande), Vadim S. Kamenetsky (Institut d’océanologie de l’Académie chinoise des sciences, Institut de volcanologie et de sismologie de Russie), Ivan F. Chayka (Institut d’expérimentation minéralogique de Russie), Roland Maas (Université de Melbourne) et Troels F.D. Nielsen (Service géologique du Danemark et du Groenland). L’article a été publié en ligne le 9 octobre 2024 dans la revue Geology, sous le titre Alkali-carbonate melts in the cratonic mantle evidenced by a wehrlite xenolith from the Majuagaa kimberlite, West Greenland.

Méthodologie et résultats

1. Objet d’étude et traitement des échantillons

L’objet principal de l’étude est un xénolite de wehrlite à grenat (échantillon GGU477406) provenant de la kimberlite de Majuagaa, dans l’ouest du Groenland. Ce xénolite est une péridotite à grains grossiers non déformée, dépourvue d’orthopyroxène, avec une composition minérale particulière, classée comme wehrlite à grenat. Les chercheurs ont analysé les éléments majeurs des minéraux principaux (olivine, clinopyroxène, grenat) à l’aide d’une microsonde électronique (EPMA) et d’un microscope électronique à balayage (SEM).

2. Analyse des poches de fonte et des inclusions de fonte

Dans le xénolite de wehrlite, les chercheurs ont découvert de nombreuses “poches de fonte”, principalement composées de dolomite, de calcite, de serpentine, de spinelle, d’apatite et de phlogopite. Bien que la minéralogie magmatique originale ait été largement détruite par l’altération à basse température, la fonte carbonatée cristallisée est préservée sous forme d’inclusions de fonte dans le spinelle. Ces inclusions de fonte sont composées de carbonates, de carbonates alcalins, de périclase/brucite, ainsi que de petites quantités d’halogénures, de sulfures de potassium, d’apatite et de phlogopite.

3. Inclusions de fonte dans le spinelle

Les inclusions de fonte dans le spinelle sont au cœur de l’étude. Ces inclusions sont principalement composées de dolomite, de dolomite sodique, de carbonates alcalins (comme les carbonates de sodium et de potassium), de périclase, d’apatite, de sulfures de potassium (comme la djerfisherite) et de brucite fluorée. L’analyse par spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) a révélé que la composition de ces inclusions est très similaire à celle des fontes de dolomite sodique trouvées dans les expériences et les inclusions fluides des diamants.

4. Analyse isotopique

Les chercheurs ont également effectué des analyses isotopiques Rb-Sr et Sm-Nd sur le xénolite de wehrlite et la kimberlite. Les résultats indiquent que la fonte mère de la kimberlite provient d’une fonte silicocarbonatée riche en magnésium dans le manteau cratonique, tandis que le xénolite de wehrlite a subi une carbonatation et une fusion partielle de faible degré. Les données isotopiques soutiennent un lien génétique entre la formation de la wehrlite et l’événement kimberlitique du Néoprotérozoïque.

Conclusions et implications

Valeur scientifique

1. Mécanismes de la métasomatose mantellique : L’étude révèle les mécanismes d’interaction entre les fontes carbonatées et la péridotite mantellique, en particulier la formation de la wehrlite.
2. Cycle profond du carbone terrestre : L’étude fournit de nouvelles preuves sur le cycle profond du carbone, montrant que les fontes carbonatées sont d’importants vecteurs de transport du carbone.
3. Genèse des kimberlites : L’étude soutient l’idée que la fonte mère des kimberlites provient de fontes carbonatées dans le manteau cratonique.

Valeur appliquée

1. Exploration des ressources minérales : Les résultats aident à comprendre les mécanismes de formation des ressources minérales associées aux fontes carbonatées, comme les diamants et les éléments rares.
2. Modèles de dynamique terrestre : L’étude fournit de nouvelles contraintes pour les modèles de dynamique terrestre, en particulier l’évolution du manteau cratonique.

Points forts de l’étude

1. Première découverte : L’étude fournit la première preuve directe de fontes alcalino-carbonatées dans le manteau cratonique.
2. Analyse de haute précision : Grâce à la microsonde électronique et au microscope électronique à balayage, les chercheurs ont réalisé une analyse de haute précision de la composition des inclusions de fonte.
3. Preuves isotopiques : Les données isotopiques Rb-Sr et Sm-Nd fournissent un soutien solide, révélant un lien génétique entre la wehrlite et la kimberlite.

Autres informations pertinentes

L’étude a également révélé que les spinelles dans les poches de fonte présentent une composition et une zonation uniques, soutenant davantage l’idée qu’ils ont cristallisé à partir d’une fonte carbonatée. De plus, les assemblages minéraux dans les inclusions de fonte correspondent étroitement à ceux observés dans les expériences et les carbonatites naturelles, fournissant des preuves supplémentaires.

Cette étude approfondit notre compréhension de la métasomatose mantellique et du cycle profond du carbone, tout en offrant des bases scientifiques importantes pour l’exploration des ressources minérales et les modèles de dynamique terrestre.