le Definizioni e le classificazioni

Le rocce ora conosciuto come carbonatites sono stati originariamente descritta da Bose (1884) dal Basso Narbada Valley dell’India, ma non è stato fino a quando le indagini di Högbohm (1895) a Alnö, Svezia, e di Brøgger (1921) in Maremma, in Norvegia, che un origine magmatica è stata postulata per il carbonato di cuscinetto rocce trovate in questi alcalina complessi. Non tutti erano d’accordo con questo concetto; in particolare, gli autorevoli petrologi Reginald Daly (1933) e James Shand (1943) rimasero fermamente convinti che questi “calcari ignei” fossero semplicemente megaxenoliti di materiale sedimentario. Questa divisione petrologica è rimasta fino al lavoro sperimentale seminale di Wyllie& Tuttle (1960), che ha dimostrato che la calcite potrebbe cristallizzare come fase liquidus a temperature fino a 6 650°C a 0.1 GPa. Questo studio suonò la campana a morto dell’ipotesi calcare syntexis (Shand 1943) per la genesi di rocce alcaline sottosature, e il lavoro inaugurò un decennio di rinnovato interesse per le carbonatiti in generale (Heinrich 1966, Tuttle & Gittins 1966), evidenziato dalla scoperta delle lave natrocarbonatite a Oldoinyo Lengai, Tanzania (Guest 1956, Dawson 1962).
Le carbonatiti sono definite nel sistema di classificazione IUGS come: “rocce ignee composte da più del 50% modale di carbonato primario (cioè magmatico) (sensu lato) e contenenti meno di 20 wt.% SiO2 ” (Le Maitre 2002).
A seconda del minerale carbonato predominante, una carbonatite è indicata come carbonatite di calcite, carbonatite di dolomite o ferrocarbonatite, dove il carbonato principale è ricco di ferro (Fig.1 bis). Se è presente più di un minerale carbonato, i carbonati sono denominati in ordine crescente di concentrazioni modali. Ad esempio, una carbonatite calcite-dolomite è composta prevalentemente da dolomite. Se i minerali non essenziali (per esempio biotite) sono presenti, questo può riflettersi nel nome come biotite-calcite carbonatite.
Se la classificazione modale non può essere applicata, può essere utilizzata la classificazione chimica IUGS (Fig.1 b). Questa classificazione, basata su wt. I rapporti % suddividono le carbonatiti in calciocarbonatiti, magnesiocarbonatiti e ferrocarbonatiti. Per calciocarbonatiti, il rapporto di CaO / (CaO + MgO + FeO + Fe2O3 + MnO) è maggiore di 0,8. Le carbonatiti rimanenti sono suddivise in magnesiocarbonatite e ferrocarbonatite (Woolley and Kempe 1989; Le Maitre 2002). Se il contenuto di SiO2 della roccia supera il 20%, viene indicato come silicocarbonatite. Una natrocarbonite è una varietà speciale di carbonatite costituita principalmente da carbonati Na-K-Ca, come la nyerereite e la gregoryite, noti dal vulcano Ol Doinyo Lengai (Tanzania).

Un affinamento alla classificazione chimica IUGS basato sulle proporzioni molari, proposto da Gittins e Harmer (1997), introduce il termine calciocarbonatites ferruginoso (Fig.1 b). Il confine che separa le calciocarbonatiti dalle magnesiocarbonatiti e dalle calciocarbonatiti ferruginose è fissato a 0,75, al di sopra del quale le carbonatiti contengono più del 50% di calcite su base molare. Sebbene non universalmente accettata, la classificazione di Gittins e Harmer è comunemente usata negli studi sui giacimenti minerari ospitati dalla carbonatite (ad esempio Trofanenko et al. 2016).

Fig.1 Carbonatite classificazioni secondo (a) IUGS sulla base di wt.% (Le Maitre 2002) e (b) Gittins e Harmer (1997) sulla base di proporzioni molari. C / CMF è il rapporto molare di CaO/; FeO * espresso come FEO molare se vengono determinati sia FeO che Fe2O3. Da Simandl, GJ, & Paradis, S. (2018).

Una classificazione mineralogica-genetica delle carbonatiti è stata proposta da Mitchell (2005). Il suo documento di riferimento indica le insidie della classificazione IUGS e suddivide le carbonatiti in carbonatiti primarie e residui carbotermali. Il termine carbonatite carboidrotermale è definito da Woolley e Kjarsgaard (2008b) come carbonatite che precipita a temperature subsolidus da un fluido misto CO2-H2O che può essere ricco di CO2 (cioè carbotermale) o ricco di H2O (cioè idrotermale).

Origine delle carbonatiti

Ci sono attualmente tre ipotesi principali che spiegano l’origine delle fusioni di carbonatite:
(1) separazione immiscibile di magmi silicati gassati parentali a pressioni crostali o mantellari.
(2) cristallo frazionamento dei genitori gassate silicato magmi come olivina melilitites o kamafugites.
(3) fusione parziale a basso grado di peridotite del mantello gassata inferiore a 70 km di profondità.
Sono state anche proposte ipotesi che invocano o sostengono una possibile derivazione di carbonatiti dalla crosta terrestre, o dal mantello terrestre con qualche contributo crostale. Inoltre, un recente studio basato sugli isotopi di boro delle carbonatiti in tutto il mondo suggerisce che, sebbene la maggior parte delle carbonatiti possa avere origine nel mantello superiore, le carbonatiti più giovani (
Tuttavia, indipendentemente dal loro modo di formazione, la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che le alka-lis (Na e K) svolgono un ruolo importante nella genesi delle L’importanza degli alcali nella genesi delle carbonatiti è coerente con gli studi di bassa temperatura (2O e K2O, 4,5 wt.% F, 5,7 peso.% Cl, circa 15 peso.% Ca e meno di 1 peso.% combinato Mg e Fe. L’evi-denza petrografica e geochimica da carbonatiti estrusive, così come le prove da carbonatiti intrusive suggeriscono che le carbonatiti ricche di calcite e dolomite sono residui o cumuli de – rivati da fusioni alcaline (moderatamente alcaline).

Impostazione tettonica

La maggior parte delle carbonatiti e dei complessi alcalino-carbonatiti sono collocati in continen-tal (88% cratonico, 10.5% non-cratonico) impostazioni (Fig.2) nelle rocce archeane e proterozoiche, o nelle rocce fanerozoiche sottostanti da un basamento precambriano.

Fig.2: Principali eventi globali di carbonatiti e REE-postiti correlati alla carbonatite nel mondo. Da Liu, Y., & Hou, Z. (2017).

Le carbonatiti si formano in ambienti tettonici estensionali, lungo le principali tendenze lineari riferite a zone di frattura intra-piastra su larga scala, in associazione con caratteristiche di doming (arcatura crostale) o in relazione a finestre di lastre in piastre subdotte. Il legame tra queste caratteristiche tettoniche e l’intensa attività magmatica fa sì che molte car-bonatiti siano anche temporalmente e spazialmente correlate a grandi province ignee. Le carbonatiti in ambienti orogenici sono a volte indicate come post-collisionali (Chakmouradian et al. 2008). Questo è un termine sfortunato perché le carbonatiti che si trovano in ambienti orogenici potrebbero essere state posizionate prima di una transizione da regimi tettonici estensionali a compressivi, o durante il rilassamento ex-tensionale post-orogenico e il collasso prima del climax metamorfico dinamo-termico.
Le carbonatiti sono identificate in tre regioni insulari oceaniche: (1) Le Isole Canarie; (2) Le isole di Capo Verde e (3) Le isole Kerguelen; tutte situate nel continente africano. Tuttavia, è possibile che queste isole siano alla base di resti di litosfera continentale bloccati durante la deriva della placca africana.

Rocce ignee associate alla carbonatite

Quasi tutte le carbonatiti sono associate a complessi alcalini. In tutto il mondo, solo il 24% delle rocce di carbonatite non fa parte di complessi alcalino-carbonatite. Un numero di associazioni distinte roccia carboatite-silicato si verificano che includono melilitite-sövite, nefelinite-sövite, pirossenite-sövite, e ultrabasiti ricchi di olivina-carbonatite dolomitica. Le relazioni tra le carbonatiti e le loro rocce di silicato associate sono complesse e non sono ancora completamente comprese. Se entrambi i fusioni sono stati generati dallo stesso magma parentale, o se entrambi sono stati generati indipendentemente l’uno dall’altro, rimane ancora uno dei problemi fondamentali nella petrogenesi della carbonatite.
Phoscorites: Le Phoscorites sono rocce di magnetite, olivina, apatite solitamente associate a carbonatiti (Le Maitre 2002) e rocce ultramafiche di complessi alcalino-carbonatite. In alcuni casi, c’è una gradazione tra rocce ultramafiche e foscorite.

La definizione presentata da Le Maitre (2002): “una magnetite, olivina, roccia apatite solitamente associata a carbonatiti”, è molto restrittiva perché l’olivina comunemente retrograda in pirosseno, anfibolo e serpentina. Una definizione molto più ampia e una classificazione delle foscoriti sono ancorate nella letteratura russa (ad esempio Yegorov 1993; Krasnova et al. 2004) e propone che la foscorite dovrebbe essere ridefinita come una “roccia ultramafica plutonica comprendente magnetite, apatite e uno dei silicati, forsterite, diopside o flogopite”. Il termine phoscorite è un mnemonico, derivato originariamente dal nome della Phosphate Development Corporation e si riferisce alle rocce magnetite-olivina-apatite che suonano il corpo di carbonatite Loolekop del complesso Phalaborwa, in Sud Africa.

Metasomatismo alcalino

La maggior parte delle carbonatiti intrusive, complessi alcalino-carbonatite e molte intrusioni alcaline agpaitiche e miaschitiche sono circondate da country rock colpite da metasomatismo correlato all’intrusione. Il metasomatismo è definito come: “un processo allo stato solido mediante il quale la composizione chimica di una roccia è alterata in modo pervasivo e che comporta l’introduzione e/o la rimozione di componenti chimici come risultato dell’interazione della roccia con fluidi”.
Il metasomatismo alcalino che caratterizza la maggior parte dei complessi carbonatiti è noto come fenitizzazione o metasomatismo di tipo fenitizzazione. Il meta-somatismo di tipo fenitizzazione consiste comunemente nella desilicazione accompagnata dall’aggiunta di Na, K, Fe3+, ± Ca, ± Al alla roccia ospite che circonda le carbonatiti o i complessi carbonatite-alcalini. Altri elementi che possono essere introdotti nel country rock dal metasomatismo di tipo fenitizzazione sono Ba, Nb, Sr, Sc, Rb, Zn, V e in alcuni casi REE e Nb. Tale metasomatismo può manifestarsi con lo sviluppo di Na-e K-anfiboli, aegirina-augite, K-feldspato, albite, perthite, mesoperthite, an-tiperthite, nefelina e mica marrone chiaro e albite(Fig.3).

Fig.3: Rappresentazione schematica dell’interazione di tipo fenitizzazione bi-metasomatica tra fusione di carbonatite e fluidi correlati con country rock. La direzione della migrazione degli elementi è indicata dalle frecce. Sono elencati i minerali comunemente osservati in country rock affetti da metasomatismo di tipo fenitizzazione. Da Simandl, GJ, & Paradis, S. (2018).

L’estensione e l’intensità del metasomatismo relativo alle carbonatiti e ai complessi alcalino-carbonatiti dipende da un gran numero di parametri tra cui (1) Composizione chimica, temperatura e pH dei fluidi; (2) Composizione chimica e logica della country rock (protolith); (3) Permeabilità e porosità della country rock; (4) Gradiente di temperatura tra la fonte di fluidi e la country rock, (5) Rapporto fluido/roccia; (6) Durata del movimento del fluido.

Morfologia e geometria dei complessi alcalino-carbonatite

Le carbonatiti possono presentarsi come vulcaniche o corpi intrusivi. La fase di carbonatite di solito arriva tardi in una serie intrusiva, dopo i magmi di silicato alcalino. Molte carbonatiti, tuttavia, non hanno rocce di silicato associate. I com-plessi di carbonatite sono generalmente 2 e sono compositi, con intrusioni multiple di magma sia di silicato che di carbonatite. Le carbonatiti intrusive esposte includono piccoli tappi, fogli di cono e occasionali dighe ad anello. Dighe planari o sciami di argini di rocce di silicato e carbonatiti comunemente tagliano l’intero complesso intrusivo.
Il classico modello di carbonatite (Fig.4 a) proposto da Garson e Smith (1958) è stato reso popolare da Heinrich (1980) e Bowden (1985) ed è ancora in uso. Questo modello si adatta a molti complessi di carbonatiti dell’Africa orientale e altrove:
In una sequenza tipica, i tappi di ijolite precoce e/o nefelina sienite sono formati da carbonatiti che tagliano il precedente complesso di silicati. Le soviti (tipicamente con oltre il 90% di calcite) sono il tipo più comune di carbonatite in questi complessi e possono rappresentare l’unica carbonatite in una località. Le manifestazioni successive dell’attività ignea in molti complessi sono la collocazione di dighe o fogli di cono di carbonatiti ricche di ferro, chiamate collettivamente ferrocarbonatite. Una caratteristica quasi universale dei complessi di carbonatite è la presenza di un caratteristico aureolo metaso-matico in cui le rocce murarie (più comunemente gneiss quarzo-feldspatico) sono state convertite in rocce ricche di aegirina e alcali ricche di anfiboli, e in alcuni casi in rocce ricche di K-feldspato. Le rocce metasomatiche sono comunemente chiamate feniti.

Fig.4: Morfologia dei complessi di carbonatite come proposto da: (a) Garson e Smith (1958); (b) Le Bas (1987); e (c) Leggermente modificato da Sage e Wat-kinson (1991) per mostrare la natura convessa e concava delle dighe ad anello e dei fogli a cono, rispettivamente. Da Simandl, GJ, & Paradis, S. (2018).

Modelli più recenti (Fig.4 b-c) sono stati proposti da Le Bas (1977, 1987), e Sage e Watkinson (1991). Il modello di Le Bas (1987) mostra bene le relazioni di età tra unità litologiche ed evidenzia le sovrastampe di tipo fenitizzazione. Il modello prodotto da Sage e Watkinson (1991) mostra un numero limitato di rispetto al modello Garson and Smith (1958) ; tuttavia, descrive meglio la relazione tra l’edificio vulcanico e la facies del cratere. Nessun modello descrive tutte le possibili associazioni di roccia incontrate nei complessi di carbonatite alcalina o è universalmente applicabile. A livelli di erosione profonda, le carbonatiti sono comunemente associate spazialmente a rocce ultramafiche. A livelli moderati, sono associati spazialmente con pirosseniti e jacupirangiti, e con ijoliti e sieniti di nefelina a livelli progressivamente più bassi (Garson and 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

Calciocarbonatite (sövite), dominata dal minerale calcite (da biancastro a grigiastro molto chiaro) e magnetite scura. Magnet Cove Carbonatite, Arkansas, Stati Uniti d’America. Da James St. John

Calcite-carbonatite (sövite) dalla località tipo. Søve, Complesso di Fen, Norvegia. Dalla sabbia Atlas

Foscorite con magnetite (nero) e albite (bianco). kovdor, Russia. Da École des Mines de Saint-Étienne

Bibliografia

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