Global Sr-Nd-Os isotopic and platinum-group element systematic of mantle-derived carbonatites

Abstract

Carbonatites are rare igneous rocks formed from carbonate-rich parental melts predominantly derived from the mantle. These melts hold the key to our understanding of deep mantle processes and carbon cycling as well as carbonatite metasomatism in the Earth's mantle, liquid immiscibility, and enrichments in rare earth elements and other critical metals. By examining new and published data from almost 600 samples of globally distributed carbonatites, three principal groups of carbonatites were defined based on their Sr-Nd isotopic compositions. The Group 1 represents carbonatites derived from variably enriched mantle sources. The Group 2 shows evidence of incorporated marine sediments or carbonates into their ultimate mantle sources. The Group 3 carbonatites were derived from a long-term isolated mantle source which has been metasomatized by slab-derived melts during the late Archean. A pioneering study of combined highly siderophile elements (HSE) and Re-Os isotopic compositions to unravel the behavior of these elements in carbonatitic magmas was accomplished for a suite of global carbonatites spanning emplacement ages from ~2060 to <40 Ma. This study reveals overall very low HSE contents in carbonatites attributed to PGE sequestration into sulfide and/or S-rich silicate melts during...

Karbonatity jsou vzácné vyvřelé horniny, které vznikají z karbonátových tavenin pocházejících převážně z pláště. Tyto taveniny jsou zásadní pro pochopení procesů v hlubokém plášti, koloběhu uhlíku, karbonatitovému metasomatismu plášťových hornin, nemísivosti silikátových a karbonátových tavenin a obohacování o prvky vzácných zemin (REE) a další kritické kovy. Analýza nových a publikovaných dat pro téměř 600 vzorků z celého světa umožnila definovat tři hlavní skupiny karbonatitů na základě Sr-Nd izotopového složení. Skupina 1 zahrnuje karbonatity odvozené z různě obohacených plášťových zdrojů, Skupina 2 vykazuje příměsi mořských sedimentů nebo karbonátů ve svých zdrojích, zatímco Skupina 3 pochází z izolovaných plášťových zdrojů metasomatizovaných taveninami z oceánských desek během pozdního archaika. Studie silně siderofilních prvků (HSE) a Re- Os izotopického složení na vzorcích karbonatitů (stáří 2060 až <40 milionů let) ukázala velmi nízké obsahy HSE, což je přiítáno jejich zachycení v sulfidech nebo silikátových taveninách bohatých na síru během nemísivosti karbonatitových a silikátových tavenin. astý nugetový efekt naznauje nerovnoměrné rozložení mikroinkluzí ve vzorcích. Nemísivost tavenin také vysvětluje obohacení Os vůi Ir (OsN/IrN >1,4) v kalciokarbonatitech, protože kalcit-normativní...