Experimental results bearing on the stability of the blueschist-facies minerals deerite, howieite and zussmanite, and their petrological significance

Deerite (Fe²⁺,Mn²⁺,Fe³⁺,Ti⁴⁺,V³⁺)₁₈ Si₁₂(O,OH)₅₀ ; howieite, Na (Fe²⁺,Fe³⁺,Mn²⁺)₁₂ Si₁₂ (O,OH)₄₄ ; and zussmanite, K Fe²⁺₁₃ (Si,Al)₁₈ (O,OH)₅₆ (simplified formulae) occur in iron-rich metamorphic rocks which belong almost exclusively to blueschist-facies formations. Hydrothermal studies at high pressures in the range 7-30 kbar have led to the synthesis of ferri-deerite Fe²⁺₁₂ Fe³⁺₆ Si₁₂ O₄₀(OH)₁₀, whereas howieite and zussmanite could not be obtained due to sluggish reactions. Nevertheless, it is clear from breakdown experiments using natural specimens that all three minerals are stable only at low temperatures. The breakdown of ferri-deerite into the high-pressure paragenesis orthoferrosilite + magnetite + quartz (+ H₂O) has been determined reversibly at about 500 °C at 17 kbar and up to about 600 °C at 28 kbar. The maximum possible stability limit of a natural zussmanite lies at temperatures as low as 530 °C at 25 kbar or 580 °C at 15 kbar (Fe/« FeO » or Ni/NiO-buffer). In the case of a natural Fe²⁺-Fe³⁺-Mn²⁺ -bearing howieite, the maximum possible stability limit depends on the oxygen fugacity : in the pressure range 10-25 kbar it is located at temperatures below 460 °C in the presence of the Fe/Fe₃O₄-buffer, but reaches about 490 °C using the Ni/NiO-buffer. Extrapolations of the high-pressure experimental results to lower pressures, which are probably more significant for natural rocks, indicate that deerite, howieite, and zussmanite have stability fields which largely overlap with those of « classical » blueschist-facies minerals. A review of the parageneses found in iron-rich rocks crystallized under low to medium pressures also suggests, that the three minerals may be stable only under conditions of relatively high pressure.La deerite (Fe²⁺,Mn²⁺,Fe³⁺,Ti⁴⁺,V³⁺)₁₈ Si₁₂(O,OH)₅₀, la howieite, Na (Fe²⁺,Fe³⁺,Mn²⁺)₁₂ Si₁₂ (O,OH)₄₄ et la zussmanite, K Fe²⁺₁₃ (Si,Al)₁₈ (O,OH)₅₆ (formules simplifiées) apparaissent dans des roches métamorphiques ferrifères appartenant presque exclusivement à des formations du faciès des « schistes bleus ». Des études expérimentales à hautes pressions (7-30 kbar), dans des conditions hydrothermales, ont abouti à la synthèse de la ferri-deerite, Fe²⁺₁₂ Fe³⁺₆ Si₁₂ O₄₀(OH)₁₀, alors que celles de la howiéite et de la zussmanite n'ont pu être réalisées à cause de l'extrême lenteur des réactions mises en jeu. Cependant, des expériences de déstabilisation sur des spécimens naturels démontrent sans équivoque que les trois minéraux ne sont stables qu'à basses températures. La courbe de déstabilisation d'une ferri-deerite en orthoferrosilite + magnétite + quartz + H₂O a été déterminée de façon réversible depuis 500 °C-17 kbar jusqu'à 600 °C-28 kbar, environ. Une zussmanite naturelle se déstabilise à partir d'environ 530 °C -25 kbar à 580 °C-15 kbar, aussi bien en présence du tampon Fe/« FeO » qu'avec le tampon Ni/NiO. La limite maximale de stabilité d'une howieite naturelle, contenant Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, varie sensiblement avec la fugacité d'oxygène : pour des pressions de 10 à 25 kbar, le minéral se déstabilise à partir de 460 °C en présence du tampon Fe/Fe₃O₄, mais seulement à partir de 490 °C dans le cas du tampon Ni/NiO. L'extrapolation des résultats expérimentaux à des pressions plus faibles, comparables à celles qui règnent dans la croûte terrestre, indique que la deerite, la howieite et la zussmanite ont des domaines de stabilité qui se superposent largement à ceux des minéraux typiques du faciès des « schistes bleus ». Un examen des paragenèses observées dans des roches ferrifères formées à des pressions basses ou moyennes suggère également une limitation aux hautes pressions des champs de stabilité des trois minéraux.Lattard Dominique, Schreyer Werner. Experimental results bearing on the stability of the blueschist-facies minerals deerite, howieite and zussmanite, and their petrological significance. In: Bulletin de Minéralogie, volume 104, 4, 1981. 12e assemblée générale de l'I.M.A. - Orléans – Juillet 1980. Deuxième partie : inclusions magmatiques / silicates / gemmes / « open session »