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Melting relations of Ca–Mg carbonates and trace element signature of carbonate melts up to 9 GPa – A proxy for melting of carbonated mantle lithologies

  • The most profound consequences of the presence of Ca–Mg carbonates (CaCO3–MgCO3) in the Earth’s upper mantle may be to lower the melting temperatures of the mantle and control the melt composition. Low-degree partial melting of a carbonate-bearing mantle produces CO2-rich, silica-poor melts compositionally imposed by the melting relations of carbonates. Thus, understanding the melting relations in the CaCO3–MgCO3 system facilitates the interpretation of natural carbonate-bearing silicate systems. We report the melting relations of the CaCO3–MgCO3 system and the partition coefficient of trace elements between carbonates and carbonate melt from experiments at high pressure (6 and 9 GPa) and temperature (1300–1800 ◦C) using a rocking multi-anvil press. In the absence of water, Ca–Mg carbonates are stable along geothermal gradients typical of subducting slabs. Ca–Mg carbonates (∼ Mg0.1–0.9Ca0.9–0.1CO3) partially melt beneath mid-ocean ridges and in plume settings. Ca–Mg carbonates meltThe most profound consequences of the presence of Ca–Mg carbonates (CaCO3–MgCO3) in the Earth’s upper mantle may be to lower the melting temperatures of the mantle and control the melt composition. Low-degree partial melting of a carbonate-bearing mantle produces CO2-rich, silica-poor melts compositionally imposed by the melting relations of carbonates. Thus, understanding the melting relations in the CaCO3–MgCO3 system facilitates the interpretation of natural carbonate-bearing silicate systems. We report the melting relations of the CaCO3–MgCO3 system and the partition coefficient of trace elements between carbonates and carbonate melt from experiments at high pressure (6 and 9 GPa) and temperature (1300–1800 ◦C) using a rocking multi-anvil press. In the absence of water, Ca–Mg carbonates are stable along geothermal gradients typical of subducting slabs. Ca–Mg carbonates (∼ Mg0.1–0.9Ca0.9–0.1CO3) partially melt beneath mid-ocean ridges and in plume settings. Ca–Mg carbonates melt incongruently, forming periclase crystals and carbonate melt between 4 and 9 GPa. Furthermore, we show that the rare earth element (REE) signature of Group-I kimberlites, namely strong REE fractionation and depletion of heavy REE relative to the primitive mantle, is resembled by carbonate melt in equilibrium with Ca-bearing magnesite and periclase at 6 and 9 GPa. This suggests that the dolomite–magnesite join of the CaCO3–MgCO3 system might be useful to approximate the REE signature of carbonate-rich melts parental to kimberlites.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:M. J. Sieber, M. Wilke, O. Appelt, Marcus OelzeORCiD, M. Koch-Müller
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):European journal of mineralogy
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.1 Anorganische Spurenanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Copernicus Publications
Verlagsort:Göttingen
Jahrgang/Band:34
Ausgabe/Heft:5
Erste Seite:411
Letzte Seite:424
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:High pressure experiments; Laser Ablation
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.5194/ejm-34-411-2022
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-561197
ISSN:0935-1221
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:31.10.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:31.10.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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