Major element and isotope geochemistry (Sr, Nd and Hf) of mantle derived peridotites, carbonatites and kimberlites from Canada and Greeland; insights into mantle dynamics

Nous avons étudié la composition en éléments majeurs d'une suite de péridotites provenant de la marge nord du craton Archéen de l'ouest du Groenland, ainsi que la composition isotopique (Sr, Nd et Hf) de kimberlites et de carbonatites de l'est du Canada et du sud-ouest du Groenland.\ud \ud Nos résultats indiquent que le manteau lithosphérique sous la région de Sarfartoq de l'Ouest du Groenland a une épaisseur d'environ 225 km et est constitué d'assemblages réfractaires d'harzburgites et de lherzolites (nombre Mg de l'olivine >0.9). Contrairement aux péridotites du craton de Kaapvaal (Afrique du Sud), les péridotites de la région de Sarfartoq ne sont pas enrichies en OPX et montrent donc plus d'affinités avec les péridotites de l'Est du Groenland (Wiedemann Fjord), de l'île de Somerset (arctique canadien) et de Tanzanie. L'étude détaillée de la composition des différentes phases minérales des péridotites suggère que le manteau lithosphérique sous la région de Sarfartoq soit stratifié comme suit: (1) une couche (70-180 km), caractérisée par une stratification interne, composée de harzburgites (avec ou sans grenats) non déformées, et (2) une couche (180-225 km) composée de lherzolites fertiles (avec CPX) porphyroclastiques. La stratification interne observée dans la couche de harzburgites non déformées (70-180 km) est reflétée par une augmentation de fertilité (par exemple diminution de l'abondance d'olivine et contenu inférieur en fostérite) avec la profondeur. La nature abrupte de la stratification semble indiquer que la formation de la racine lithosphérique s'est effectuée en au moins deux stades.\ud \ud La composition isotopique du Sr de cristaux d'apatite et de carbonate provenant de l'intrusion alcaline de Sarfartoq, Groenland, a été mesurée avec l'aide d'un système d'ablation laser couplé à un MC-ICP-MS. Cent sept analyses montrent des rapports 87Sr/86Sr variant de -0.7025 à -0.7031. Cette variation du rapport 87Sr/86Sr (-0.0006) est largement supérieure à la reproductibilité externe de la méthode (-0.000047; 2a). L'ampleur de l'intervalle des valeurs 87Sr/86Sr suggère que l'apatite et le carbonate ont précipité dans des conditions de déséquilibre. Il est possible que les variations isotopiques observées à l'échelle centimétrique reflètent des processus d'ordre régionaux, comme par exemple le mélange de magma carbonate provenant de différentes sources mantelliques ou, alternativement, un domaine mantellique hétérogène. Cette technique analytique fournit une approche rapide et pertinente pour déterminer l'ampleur de l'hétérogénéité isotopique dans un échantillon ou parmi différents minéraux, avec la précision analytique approchant cela obtenu par méthode TIMS conventionnelles.\ud \ud L'analyse des isotopes de l'Hf et les âges U-Pb de carbonatites et kimberlites provenant du Canada et Groenland, y compris la plus ancienne carbonatite connue (3 Ga), indique que ces magmas proviennent d'une source mantellique enrichie. Ce nouveau domaine mantellique, caractérisé par une composition isotopique de l'Hf non radiogénique et préservé dans le manteau profond, peu possiblement boucler le bilan de masse terrestre pour l'Hf et le Nd. Nos résultats indiquent que le manteau terrestre Archéen montrait une hétérogénéité isotopique (surtout pour l'Hf) beaucoup plus importante que le manteau actuel tel qu'échantillonné par les basaltes de types MORB et OIB. Cette hétérogénéité isotopique est semblable à l'hétérogénéité caractérisant les corps planétaires sans convection mantellique comme Mars et la Lune, et peut représenter un régime transitoire hérité de la differentiation initiale de la Terre. Notre étude confirme donc qu'une telle hétérogénéité était toujours présente aux environ de 3 Ga, mais plus élusive dans les roches juvéniles d'âge