Petrogenesis of Barberton komatiites (South Africa)
Pétrogenèse des komatiites de Barberton (Afrique du Sud)
Résumé
Komatiites are ultrabasic volcanic rocks characteristic of the Archean and Proterozoic eras. In this study, we investigate the petrogenesis of the komatiites of the Barberton greenstone belt in South Africa. We present an original melting model developed on the experimental observation that, at great depths (P>13GPa), komatiitic liquids are denser than solid peridotite, and therefore cannot escape their source. We propose that the fusion of the sources of Barberton komatiites began at pressures greater than 13GPa in the mantle but that the liquids produced were retained in the sources until they crossed, during their ascent, the density limit at which the liquid becomes less dense than the residue (at ~13GPa). Then, the liquids would have started to escape their source, slowly at first, and faster and faster as the density contrast between liquid and solid residue increased. Al-depleted komatiites, which are the most common type in the Barberton belt, were produced as the first liquids that escaped the source soon after they crossed the density limit. The liquids that later escaped the same source at shallower depth, formed Al-enriched komatiites. Al-undepleted komatiites were produced by the same mechanism but from hotter sources. From complementary studies of the three isotopic systems Sm-Nd, Lu-Hf and Re-Os, we constrained the chemical history of the sources of Barberton komatiites. The Sm-Nd and Lu-Hf systems indicate depleted sources whereas the Re-Os system indicates a chondritic source. We propose that the sources of the komatiites had become depleted by the extraction of early crust, and that their compositions in Re and Os were then reset to their chondritic value by contamination by material from the last massive accretion stage of the Earth: "the late veneer".
Les komatiites sont des roches volcaniques ultrabasiques caractéristiques de l'Archéen et du Protérozoïque. Nous présentons ici une étude de la pétrogenèse des komatiites de la ceinture de Barberton en Afrique du Sud. Celle-ci comprend un modèle de fusion original bâti à partir de la constatation expérimentale qu'à très forte profondeur (P>13GPa), les liquides komatiitiques sont plus denses que la péridotite solide et donc ne peuvent pas s'échapper de leur source. Nous proposons que la fusion des sources des komatiites de Barberton ait commencée à une pression supérieure à 13GPa dans le manteau mais que les liquides produits soient restés retenus dans les sources jusqu'à ce que celles-ci n'aient dépassé, au cours de leur remontée, la limite de densité à laquelle le liquide devient moins dense que le résidu solide (à ~13GPa). Alors, les liquides auraient commencé à quitter leur source, d'abord doucement, puis de plus en plus vite alors que la différence de densité entre le liquide et le résidu solide s'accroissait. Les komatiites appauvries en Al, qui sont les plus abondantes à Barberton, auraient été produites par les premiers liquides qui ont quitté la source peu après le franchissement de la limite de densité. Les liquides qui quittèrent ensuite cette même source à moins forte pression, auraient formé les komatiites enrichies en Al. Les komatiites non-appauvries en Al auraient été produites par le même mécanisme mais par des sources de température potentielle plus forte. Une étude parallèle des trois systèmes isotopiques Sm-Nd, Lu-Hf et Re-Os nous a permis de contraindre l'histoire chimique des sources de komatiites de Barberton. Les systèmes Sm-Nd et Lu-Hf indiquent des sources appauvries et le système Re-Os une source chondritique. Nous proposons que les sources des komatiites aient été appauvries par l‟extraction de croûte, mais qu'ensuite, leur composition en Re et Os aient été ramenées à leur valeur chondritique par le dernier épisode massif d‟accrétion de la Terre : " le vernis tardif ".