Definiciones y clasificaciones

Las rocas ahora conocidas como carbonatitas fueron descritas originalmente por Bose (1884) del Valle Inferior de Narbada de la India, pero no fue hasta las investigaciones de Högbohm (1895) en Alnö, Suecia, y de Brøgger (1921) en Fen, en Noruega, que se postuló un origen magmático para las rocas que contienen carbonatos encontradas en estos complejos alcalinos. No todos estuvieron de acuerdo con este concepto; en particular, los muy influyentes petrólogos Reginald Daly (1933) y James Shand (1943) se mantuvieron firmes en que estas «calizas ígneas» eran simplemente megaxenolitos de material sedimentario. Esta división petrológica se mantuvo hasta el trabajo experimental seminal de Wyllie & Tuttle (1960), quien demostró que la calcita podía cristalizar como una fase liquidus a temperaturas tan bajas como ∼650°C a 0,1 GPa. Este estudio marcó el toque de muerte de la hipótesis de syntexis de piedra caliza (Shand 1943) para la génesis de rocas alcalinas insuficientemente saturadas, y el trabajo marcó el comienzo de una década de renovado interés en las carbonatitas en general (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), resaltada por el descubrimiento de las lavas de natrocarbonatita en Oldoinyo Lengai, Tanzania (Guest 1956, Dawson 1962).Las carbonatitas se definen en el sistema de clasificación IUGS como: «rocas ígneas compuestas de más del 50% modal de carbonato primario (es decir, magmático) (sensu lato) y que contienen menos de 20 wt.% SiO2 » (Le Maitre 2002).Dependiendo del mineral carbonato predominante, una carbonatita se conoce como calcita carbonatita, dolomita carbonatita o ferrocarbonatita, donde el carbonato principal es rico en hierro (Fig.1 a). Si hay más de un mineral carbonato presente, los carbonatos se nombran en orden de concentraciones modales crecientes. Por ejemplo, una carbonatita calcita-dolomita está compuesta predominantemente de dolomita. Si hay minerales no esenciales (por ejemplo, biotita), esto puede reflejarse en el nombre de biotita-calcita carbonatita.Cuando no se puede aplicar la clasificación modal, se puede utilizar la clasificación química IUGS (Fig.1 b). Esta clasificación, basada en el peso. Las proporciones de % subdividen carbonatitas en calciocarbonatitas, magnesiocarbonatitas y ferrocarbonatitas. Para las calciocarbonatitas, la relación de CaO / (CaO + MgO + FeO + Fe2O3 + MnO) es mayor que 0,8. Las carbonatitas restantes se subdividen en magnesiocarbonatita y ferrocarbonatita (Woolley y Kempe 1989; Le Maitre 2002). Si el contenido de SiO2 de la roca supera el 20%, se denomina silicocarbonatita. Una natrocarbonatita es una variedad especial de carbonatita que consiste principalmente en carbonatos Na-K-Ca, como nyerereita y gregoriita, conocidos del volcán Ol Doinyo Lengai (Tanzania).Un refinamiento de la clasificación química de la IUGS basado en proporciones molares, propuesto por Gittins and Harmer (1997), introduce el término calciocarbonatitas ferruginosas (Fig.1 b). El límite que separa las calciocarbonatitas de las magnesiocarbonatitas y las calciocarbonatitas ferruginosas se establece en 0,75, por encima del cual las carbonatitas contienen más del 50% de calcita en base molar. Aunque no es universalmente aceptada, la clasificación de Gitinas y Dañinas se usa comúnmente en estudios de depósitos de mineral alojados en carbonatita(por ejemplo, Trofanenko et al. 2016).

Fig.1 Clasificaciones de carbonatita según (a) IUGS basadas en peso. Porcentaje (Le Maitre, 2002) y b) Gitinas y dañinas (1997) sobre la base de proporciones molares. C / CMF es la relación molar de CaO/; FeO * expresada como FeO molar si se determinan tanto FeO como Fe2O3. De Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

Mitchell (2005) propuso una clasificación mineralógica-genética de las carbonatitas. Su artículo de referencia señala las trampas de la clasificación IUGS y subdivide carbonatitas en carbonatitas primarias y residuos carbotérmicos. El término carbonatita carbohidrotérmica es definido por Woolley y Kjarsgaard (2008b) como carbonatita que precipita a temperaturas subsólidas a partir de un fluido mixto de CO2-H2O que puede ser rico en CO2 (es decir, carbotérmico) o rico en H2O (es decir, hidrotermal).

Origen de las carbonatitas

Actualmente hay tres hipótesis principales que explican el origen de las fundiciones de carbonatita:
(1) separación inmiscible de magmas de silicato carbonatado parentales a presiones de la corteza o del manto.(2) fraccionamiento de cristales de magmas de silicato carbónico parentales, como melilititas de olivino o kamafugitas.(3) fusión parcial de bajo grado de peridotita carbonatada del manto por debajo de 70 km de profundidad.También se han propuesto hipótesis que invocan o apoyan una posible derivación de carbonatitas de la corteza terrestre, o del manto de la Tierra con alguna contribución de la corteza. Además, un estudio reciente basado en isótopos de boro de carbonatitas en todo el mundo sugiere que, aunque la mayoría de las carbonatitas pueden originarse en el manto superior, las carbonatitas más jóvenes (
Sin embargo, independientemente de su modo de formación, la mayoría de los investigadores están de acuerdo en que el alka-lis (Na y K) juega un papel importante en la génesis de las car-bonatitas de calcita y dolomita, y las intrusiones de ferrocarbonatitas. La importancia de los álcalis en la génesis de las carbonatitas es consistente con los estudios de baja temperatura (2O y K2O, 4,5 wt.% F, 5,7 peso% Cl, aproximadamente 15 wt.% Ca, y menos de 1 peso.% Mg y Fe combinados. Evidencia petrográfica y geoquímica de carbonatitas extrusivas, así como evidencia de carbonatitas intrusivas, sugieren que las carbonatitas ricas en calcita y dolomita son residuos o acumulaciones deshechas de fundiciones alcalinas (moderadamente alcalinas).

Configuración tectónica

La mayoría de carbonatitas y complejos alcalino-carbonatitas están emplazados en continuo (88% cratónicos, 10.5% de ajustes no cratónicos) (Fig.2) en rocas arqueas y Proterozoicas, o en rocas Fanerozoicas sostenidas por un basamento precámbrico.

Fig.2: Principales ocurrencias mundiales de carbonatitas y de posiciones ambientales relacionadas con la carbonatita en el mundo. De Liu, Y., & Hou, Z. (2017).

Las carbonatitas se forman en entornos tectónicos extensionales, a lo largo de las principales tendencias lineales relacionadas con zonas de fractura intraplaca a gran escala, en asociación con características de cúpula (arco cortical), o en relación con ventanas de losa en placas de subducción. El vínculo entre estas características tectónicas y la intensa actividad magmática significa que muchas car-bonatitas también están relacionadas temporal y espacialmente con grandes provincias ígneas. Las carbonatitas en entornos orogénicos a veces se conocen como post-colisionales (Chakmouradian et al. 2008). Este es un término desafortunado porque las carbonatitas que se encuentran en entornos orogénicos pueden haber sido emplazadas antes de una transición de regímenes tectónicos extensionales a compresionales, o durante la relajación ex tensional post orogénica y el colapso antes del clímax metamórfico dinamo-térmico.Las carbonatitas se identifican en tres regiones insulares oceánicas: (1) Las Islas Canarias; (2) Las Islas de Cabo Verde y (3) Las Islas Kerguelen; todas ellas situadas en el continente africano. Sin embargo, es posible que estas islas estén sustentadas por restos de litosfera continental varados durante el desplazamiento de la placa africana.

Rocas ígneas asociadas a carbonatita

Casi todas las carbonatitas están asociadas con complejos alcalinos. En todo el mundo, solo el 24% de las rocas de carbonatita no forman parte de complejos alcalino-carbonatita. Se produce un número de asociaciones de rocas de carboatita-silicato distintas que incluyen melilitita-sövita, nefelinita-sövita, piroxenita-sövita y ultrabasitas ricas en olivino-carbonatita dolomítica. Las relaciones entre las carbonatitas y sus rocas de silicato asociadas son complejas y aún no se comprenden del todo. Si ambos fundidos se generaron a partir del mismo magma parental, o si ambos se generaron independientemente el uno del otro, sigue siendo uno de los problemas fundamentales en la petrogénesis de carbonatita.Foscoritas: Las foscoritas son rocas de magnetita, olivino, apatita generalmente asociadas con carbonatitas (Le Maitre 2002) y rocas ultramáficas de complejos alcalino-carbonatitas. En algunos casos, hay gradación entre rocas ultramáficas y foscorita.
La definición presentada por Le Maitre (2002): «una roca de magnetita, olivino, apatita generalmente asociada con carbonatitas», es muy restrictiva porque el olivino comúnmente se retrograda en piroxeno, anfibol y serpentina. Una definición y clasificación mucho más amplia de foscoritos está anclada en la literatura rusa (por ejemplo, Yegorov 1993; Krasnova et al. 2004) y propone que la foscorita debe ser redefinida como una «roca ultramáfica plutónica que comprende magnetita, apatita y uno de los silicatos, forsterita, diópsido o flogopita». El término foscorita es un mnemotécnico, derivado originalmente del nombre de la Corporación de Desarrollo de Fosfato y se refiere a las rocas de magnetita, olivino y apatita que rodean el cuerpo de carbonatita Loolekop del Complejo Phalaborwa, Sudáfrica.

Metasomatismo alcalino

La mayoría de las carbonatitas intrusivas, complejos alcalino-carbonatitas y muchas intrusiones alcalinas agpaíticas y miaskíticas están rodeadas de rocas rurales afectadas por metasomatismo relacionado con intrusiones. El metasomatismo se define como: «un proceso de estado sólido por el cual la composición química de una roca se altera de manera generalizada y que implica la introducción y/o eliminación de componentes químicos como resultado de la interacción de la roca con fluidos».El metasomatismo alcalino que caracteriza a la mayoría de los complejos de carbonatitas se conoce como fenitización o metasomatismo de tipo fenitización. El metasomatismo de tipo fenitización comúnmente consiste en desilicación acompañada por la adición de Na, K, Fe3+, ± Ca, ± Al a la roca huésped que rodea a las carbonatitas o complejos alcalinos de carbonatita. Otros elementos que pueden introducirse en el country rock por metasomatismo de tipo fenitización son Ba, Nb, Sr, Sc, Rb, Zn, V y en algunos casos REE y Nb. Tal metasomatismo puede manifestarse por el desarrollo de anfíboles Na y K, aegirina-augita, K-feldespato, albita, pertita, mesopertita, an-tipertita, nefelina y mica marrón pálido, y albita (Fig.3).

Fig.3: Representación esquemática de la interacción de tipo de fenitización bimetasomática entre la fusión de carbonatita y los fluidos relacionados con la roca campestre. La dirección de migración de los elementos se indica con flechas. Se enumeran los minerales comúnmente observados en rocas rurales afectadas por metasomatismo de tipo fenitización. De Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

El alcance y la intensidad del metasomatismo relacionado con carbonatitas y complejos alcalino-carbonatitas depende de un gran número de parámetros, incluidos (1) la composición química, la temperatura y el pH de los fluidos; (2) La composición química y mínima de la roca country (protolito); (3) La permeabilidad y porosidad de la roca country; (4) Gradiente de temperatura entre la fuente de fluidos y la roca rural, (5) Relación fluido/roca; (6) Duración del movimiento de fluidos.

Morfología y geometría de complejos alcalino-carbonatitas

Las carbonatitas pueden ocurrir como cuerpos volcánicos o intrusivos. La fase de carbonatita generalmente llega tarde en una serie intrusiva, después de los magmas de silicato alcalino. Muchas carbonatitas, sin embargo, no tienen rocas de silicato asociadas. Los compuestos de carbonatita son generalmente 2, y son compuestos, con múltiples intrusiones de silicato y magma de carbonatita. Las carbonatitas intrusivas expuestas incluyen tapones pequeños, láminas cónicas y diques anulares ocasionales. Los diques planos o enjambres de diques de rocas de silicato y carbonatitas comúnmente cortan todo el complejo intrusivo. El modelo clásico de carbonatita (Fig.4 a) propuesto por Garson y Smith (1958) fue popularizado por Heinrich (1980) y Bowden (1985) y todavía está en uso. Este modelo se adapta a muchos complejos de carbonatitas de África Oriental, y en otros lugares:

En una secuencia típica, los tapones de ijolita y/o sienita nefelina primitivos poco profundos son seguidos por carbonatitas que cortan el complejo de silicato anterior. Las sovitas (típicamente con más del 90% de calcita) son el tipo más común de carbonatita en estos complejos y pueden representar la única carbonatita en una localidad. Las manifestaciones posteriores de la actividad ígnea en muchos complejos es el emplazamiento de diques o láminas cónicas de carbonatitas ricas en hierro, llamadas colectivamente ferrocarbonatitas. Una característica casi universal de los complejos de carbonatita es la presencia de una aureola metasomática distintiva en la que las rocas de la pared (más comúnmente gneis quartzo-feldespáticos) se han convertido en rocas ricas en egirina y álcalis ricas en anfíboles, y en algunos casos en rocas ricas en K-feldespato. Las rocas metasomáticas se llaman comúnmente fenitas.

Fig.4: Morfología de complejos de carbonatita propuesta por: a) Garson y Smith (1958); b) Le Bas (1987); y (c) Ligeramente modificado de Sage y Wat-kinson (1991) para mostrar la naturaleza convexa y cóncava de los diques de anillo y las láminas de cono, respectivamente. De Simandl, G. J., & Paradis, S. (2018).

Modelos más recientes (Fig.4 b-c) han sido propuestos por Le Bas (1977, 1987), y Sage y Watkinson (1991). El modelo de Le Bas (1987) muestra bien las relaciones de edad entre unidades litológicas y resalta las sobreimpresiones de tipo de fenitización. El modelo producido por Sage y Watkinson (1991) muestra un número limitado de modelos relativos al modelo Garson y Smith (1958); sin embargo, representa mejor la relación entre el edificio volcánico y las facies de los cráteres. Ningún modelo representa todas las posibles asociaciones de rocas encontradas en complejos alcalinos de carbonatita o es universalmente aplicable. A niveles de erosión profunda, las carbonatitas están comúnmente asociadas espacialmente con rocas ultramáficas. En niveles moderados, se asocian espacialmente con piroxenitas y jacupirangitas, y con ijolitas y sienitas nefelínicas en niveles progresivamente menos profundos (Garson y Smith 1958).

Ferrocarbonatite (calcite, ankerite, siderite, iron oxides and iron silicates) from the Ice River Complex of British Columbia. From James St. John

Calciocarbonatite (sövite) from Hot Spring County, central Arkansas, USA. From James St. John

Calciocarbonatite dikes from Firesand River Carbonatite Complex, Wawa Lake East roadcut, Ontario, Canada. From James St. John

Calciocarbonatita (sövita), dominada por la calcita mineral (blanquecina a grisácea muy clara) y la magnetita oscura. Carbonatita Magnet Cove, Arkansas, Estados Unidos. De James St. John

Calcita-carbonatita (sövite) de la localidad tipo. Søve, Complejo Fen, Noruega. De Sand Atlas

Foscorita con magnetita (negra) y albita (blanca). kovdor, Rusia. From École des Mines de Saint-Étienne

Bibliografía

• Bell, K., Kjarsgaard, B. A.,& Simonetti, A. (1998). Carbonatitas-en el siglo xxi. Journal of Petrology, 39(11-12), 1839-1845.* Krasnova• N. I., Petrov, T. G., Balaganskaya, E. G., Garcia, D., Moutte, J., Zai-tsev, A. N., & Wall, F. (2004). Introduction to fosscorites: occurrence, composition, nomenclature and petrogenesis (en inglés). En Foscorites and carbonatites from mantle to mine: the Key example of the Kola Alkaline Province (Vol. 10, pp 45-74). Sociedad Mineralógica de Londres.Liu, Y., & Hou, Z. (2017). A synthesis of mineralization styles with an integrated genetic model of carbonatite-syenite-hosted REE deposits in the Cenozoic Mian-ning-Dechang REE metalogenic belt, the eastern Tibetan Plateau, southwestern China. Journal of Asian Earth Sciences, 137, págs. 35 a 79.Mitchell, R. H. (2005). Carbonatitas y carbonatitas y carbonatitas. The Ca-nadian Mineralogist, 43 (6), 2049-2068.