Cr-spinel records metasomatism not petrogenesis of mantle rocks

Mantle melts provide a window on processes related to global plate tectonics. The composition of chromian spinel (Cr-spinel) from mafic-ultramafic rocks has been widely used for tracing the geotectonic environments, the degree of mantle melting and the rate of mid-ocean ridge spreading. The assumption is that Cr-spinel’s core composition (Cr# = Cr/(Cr + Al)) is homogenous, insensitive to post-formation modification and therefore a robust petrogenetic indicator. However, we demonstrate that the composition of Cr-spinel can be modified by fluid/melt-rock interactions in both sub-arc and sub-mid oceanic mantle. Metasomatism can produce Al-Cr heterogeneity in Cr-spinel that lowers the Cr/Al ratio, and therefore modifies the Cr#, making Cr# ineffective as a geotectonic and mantle melting indicator. Our analysis also demonstrates that Cr-spinel is a potential sink for fluid-mobile elements, especially in subduction zone environments. The heterogeneity of Cr# in Cr-spinel can, therefore, be used as an excellent tracer for metasomatic processes.

ORIGEM E IDADE U-Th-Pb DO DISTRITO PEGMATÍTICO DE SANTA MARIA DE ITABIRA (MG) REVELADAS PELA MONAZITA

Imagens de elétrons retro-espalhados e microanálises químicas por microssonda eletrônica foram obtidas a partir de cristais de monazita pertencentes ao Distrito Pegmatítico de Santa Maria de Itabira nas lavras de Morro Escuro, Ponte da Raíz e Euxenita. Essas lavras estão nos municípios de Santa Maria de Itabira, Ferros, Guanhães e Sabinópolis, em Minas Gerais. As amostras coletadas fazem parte da Província Pegmatítica Oriental Brasileira (PPOB), situada em um contexto pós-colisional do Orógeno Araçuaí correspondente ao final do Ciclo Brasiliano. Os cristais mostram-se homogêneos, ou seja, livres de domínios/zoneamentos composicionais e seus teores de U, Th e Pb permitiram a obtenção de idade química média de 474 Ma para o distrito pegmatítico da região estudada. Seus padrões de terras raras normalizados ao condrito mostram anomalia positiva de Sm, elemento fortemente particionado em anfibólio. Esta anomalia sugere que no contexto pós-colisional do Orógeno Araçuaí houve a fusão parcial do biotita-hornblenda gnaisse (Grupo Guanhães), rocha encaixante dos pegmatitos, durante o processo de descompressão regional associado ao colapso do orógeno, gerando um magma granítico hidratado o bastante para permitir o avolumado crescimento de cristais dos pegmatitos desse Distrito Pegmatítico, incluindo a monazita. Este mineral atua, portanto, não só como um geocronômetro, mas também como importante indicador petrogenético dos pegmatitos estudados.Palavras Chave: Monazita; Santa Maria de Itabira; datação química U-Th-Pb, Microssonda Eletrônica; indicador petrogenéticoAbstract:ORIGIN AND U-Th-Pb AGE OF THE PEGMATITIC DISTRICT OF SANTA MARIA DE ITABIRA (MG) REVEALED BY MONAZITE. Backscattered electron images and chemical microanalysis by electron microprobe were obtained from monazite crystals belonging to the Pegmatitic District of Santa Maria de Itabira in the mining of Morro Escuro, Ponte da Raíz and Euxenita. These mining are located in the municipalities of Santa Maria de Itabira, Ferros, Guanhães and Sabinópolis in the State of Minas Gerais, Brazil. The monazite crystals are situated in the Eastern Brazilian Pegmatitic Province (EBPP) in the post-collisional context of the Araçuaí Orogen, which correspond to the end of the Brasiliano event. The samples are compositionally homogeneous, with no internal domains/zoning and their U, Th and Pb contents allowed obtaining an average chemical age of 474 Ma for the Santa Maria de Itabira Pegmatite District. Their chondrite-normalized rare earth element patterns show positive Sm anomalies, an element with very high partition coefficient in amphibole. This anomaly suggests that in the post-collisional context of the Araçuaí Orogen there was partial melting of the host rocks of the Guanhães Group (biotite-hornblende gneiss) during the regional decompression process linked with the collapse of the orogen. This contributed to formation of a granitic melt, which was hydrated enough to allow the large crystal growth of the Itambé pegmatites, including monazite. Therefore, this mineral represents not only a geochronometer, but also a petrogenetic indicator of the studied pegmatites.Keywords: Monazite; Santa Maria de Itabira (MG); U-Th-Pb chemical dating, electron microprobe; petrogenetic indicator