Trace element partitioning at the peridotite solidus

Abstract

As a leading process of igneous rocks formation, mantle melting plays an important role in the interpretation of the physical and chemical behaviour of rocks and minerals and in the chemical differences created. The field of experimental petrology can also aid this interpretation, as it allows us to experimentally reproduce the conditions of the Earth’s mantle. The present dissertation investigates this matter, focusing on trace element partitioning. As partition coefficients (D) for trace elements in the mantle are simultaneously reliant on pressure, temperature, and phase composition, experiments were conducted in order to evaluate these three variables. Pressure and temperature were covaried along the peridotite solidus, with pressures of 1.5, 2.25, and 3 gigapascals (GPa) and temperatures of ~1315, ~1400, and ~1500 ° Celsius (C) being employed on artificial compositions composed of eight major elements, one minor element, and twenty-one trace elements. The resulting samples were analysed for their mineral phases’ compositions, and crystal-melt (Liq) partition coefficients were determined experimentally for clinopyroxene (Cpx), orthopyroxene (Opx), and olivine (Ol) close to the peridotite solidus. The obtained ratios were compared to McDade et al.’s results on trace element modelling in Mid-Ocean Ridge Basalts (MORB).

Sendo um processo condutor na formação de rochas ígneas, o mantle melting desempenha um papel importante na interpretação do comportamento físico e químico de rochas e minerais e nas diferenças químicas criadas. O campo da petrologia experimental pode também auxiliar nesta interpretação, uma vez que nos permite reproduzir as condições do manto da Terra. A presente dissertação investiga este assunto, focando-se na partição de elementos traço. Dado que os coeficientes de partição (D) de elementos traço no manto são simultaneamente dependentes na pressão, na temperatura, e na composição de fases, experiências com o intuito de avaliar estas três constrições foram conduzidas. Pressão e temperatura foram covariadas ao longo do solidus peridotitico, com pressões de 1.5, 2.25, e 3 gigapascais (GPa) e temperaturas de ~1315, ~1400, and ~1500 °C a serem empregadas em composições artificias compostas por oito elementos maiores, um elemento menor, e vinte elementos traço. As amostras resultantes foram analisadas em relação à composição das suas fases minerais, e coeficientes de partição cristal-melt (Liq) foram determinados experimentalmente para clinopiroxena (Cpx), ortopiroxena (Opx), e olivina (Ol), próximo do solidus peritotitico. Os rácios obtidos foram comparados com os resultados de McDade et al. (2003) relativos a modelação de elementos traço em basaltos Mid-Ocean Ridge Basalts (MORB).