Stima della produzione di magnetite in processi di serpentinizzazione in zona di subduzione attraverso uno studio teorico e petrografico

The nature of serpentinite-related fluids in subduction zones is not completely understood. These fluids are considered either oxidizing or reducing in the literature. The inaccessibility of deep subduction zone conditions compels to search for direct or indirect evidence through exhumed metamorphic terranes, mantle melt products, theoretical models, or experimental studies. The comprehension of magnetite evolution during prograde metamorphism has been used in previous studies as a proxy for iron redox evolution, a key element that takes part in redox reactions. By relaying on the Deep Earth Water (DEW) model, a set of ten ultramafic rock compositions (within the relevant fields of the ternary olivine-orthopyroxene-clinopyroxene diagram) representative of a hypothetical mantle wedge, were reacted with a modelled fluid derived from subducted serpentinite. The numerical results were compared with petrographic observation in natural samples from Alpine Corsica of known peak pressure and temperature (P-T) conditions and for which previous magnetite modal contents were estimated by means of magnetic hysteresis. The obtained results confirm the possibility to form serpentinites at high-pressure (HP) in subduction zones, with a mineral assemblage and a magnetite content like oceanic subducted serpentinites. Additional investigations were conducted on samples of serpentinite from Greenland to qualitatively define the metamorphic peak, by means of magnetite amount estimated with ImageJ software, compared with numerical results obtained by the DEW model. In disagreement with previous work, no clear trends in the magnetite amount was observed as a function of temperature, leaving open question regarding the redox nature of serpentinite-related fluids in subduction zones.

La natura dei fluidi associati alle serpentiniti in zona di subduzione non è del tutto compresa. Questi vengono ritenuti secondo alcuni autori ossidanti o per contro riducenti. L’inaccessibilità alle profondità delle zone di subduzione spinge alla ricerca di evidenze indirette grazie alle rocce esumate nei terreni metamorfici di alta pressione, i prodotti diretti fusione parziale, la modellizzazione termodinamica o gli esperimenti di laboratorio. In particolare, la comprensione dell’evoluzione della magnetite in un metamorfismo progrado è stata utilizzata da studi precedenti come indicatore dello stato di ossidazione del ferro, elemento chiave che prende parte alle reazioni di ossidoriduzione. Attraverso l’utilizzo del Deep Earth Water (DEW) model un set di dieci rocce ultramafiche (appartenenti al diagramma ternario delle peridotiti s.l.), rappresentanti le possibili litologie presenti nel cuneo di mantello, sono state fatte reagire a diverse condizioni di pressione e temperatura con un ipotetico fluido derivante da una serpentinite subdotta. I risultati numerici sono stati confrontati con osservazioni ottiche in luce trasmessa di campioni provenienti dalla Corsica Alpina con condizioni di picco metamorfico e contenuto di magnetite noti grazie a studi precedenti tramite isteresi magnetica. I risultati confermano la possibilità di ottenere serpentiniti in condizioni di alta pressione in subduzione, con una paragenesi e un contenuto in magnetite corrispondente a quello di serpentiniti oceaniche subdotte. Ulteriori osservazioni sono state svolte su campioni provenienti dalla Groenlandia attraverso i quali si è tentato di definire qualitativamente le condizioni di picco metamorfico basandosi sul contenuto di magnetite stimato attraverso l’utilizzo del programma ImageJ, confrontato con i risultati numerici ottenuti dal DEW model. In disaccordo con studi precedenti, non è stata riconosciuta una chiara tendenza nella quantità di magnetite in funzione dell’aumento della temperatura, lasciando aperte molte domande sulle condizioni di ossidoriduzione dei fluidi legati a serpentinizzazione nelle zone di subduzione.