Metastable melting during the breakdown of muscovite + quartz at 1 kbar

Mechanisms of the disequilibrium breakdown of muscovite under conditions of low rock porosity and low fluid content have been investigated experimentally using rock cores of a quartz-muscovite schist. Experiments have been performed on samples both initially dry and with added water at 680°-757 °C, 1 kbar for times up to 5 months. In the presence of water, localized melting reactions occur in muscovite within a few hours at 757 °C and a few weeks at 680 °C. After 2 weeks at 757 °C, muscovite becomes completely replaced by melt + corundum + mullite + biotite which subsequently reacts to metastable melt + mullite + biotite within several months. The results of experiments on dry samples suggest that the reaction of muscovite + quartz directly to K-feldspar + sillimanite + biotite + H2O occurs at these conditions (in less than 5 months) only where the concentration and chemical potential of H2O (µH2O) in the sample are low. The presence of water enhances the rate of metastable melting reactions relative to the rate of formation of K-feldspar + sillimanite + biotite + H2O, in accordance with the Ostwald Step Rule, and consequently greatly delays the attainment of equilibrium. The results demonstrate that the kinetics of metamorphic reactions can only be evaluated when reaction pathways and their dependence on temperature and µH2O are understood.On étudie expérimentalement les mécanismes de déstabilisation hors d'équilibre de la muscovite sous des conditions de faible porosité de roche et de faible teneur en fluide, à partir de carottes prélevées dans un schiste à quartz-muscovite. On réalise des expériences à 680-757 °C, 1 kbar pour des durées atteignant 5 mois, soit sur des échantillons secs, soit en y ajoutant de l'eau. En présence d'eau, une fusion apparaît localement dans la muscovite en quelques heures à 757 °C et en quelques semaines à 680 °C. Après deux semaines à 757 °C, la muscovite est complètement remplacée par produit fondu + corindon + mullite + biotite, qui se transforment après plusieurs mois en produit fondu métastable + mullite + biotite. Le résultat des expériences sur des échantillons secs suggère que la réaction muscovite + quartz → feldspath-K + sillimanite + biotite + H2O se produit dans ces conditions (en moins de 5 mois) seulement lorsque la concentration et le potentiel chimique de l'eau (µH2O) dans l'échantillon sont faibles. La présence d'eau augmente la vitesse des réactions de fusion métastable par rapport à la vitesse de formation de feldspath-K + sillimanite + H2O, en accord avec la règle d'Ostwald, et retarde par conséquent beaucoup l'obtention de l'équilibre. La cinétique des réactions métamorphiques ne peut donc être évaluée que lorsque les chemins de réaction et leur dépendance en température et en µH2O sont connus.Rubie David C., Brearley Adrian J. Metastable melting during the breakdown of muscovite + quartz at 1 kbar. In: Bulletin de Minéralogie, volume 110, 5, 1987. Minéralogie et géochimie expérimentales [1st Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry (EMPG) symposium