An experimental and kinetic study of the breakdown of aluminous biotite at 800 °C : reaction microstructures and mineral chemistry

Résumé En Fr

The disequilibrium breakdown of natural aluminous, iron-rich biotite has been investigated experimentally using cores of a well-characterized biotite schist as a starting material. Experiments have been carried out at 800 °C, 1 kbar for run durations between 2 days and 8 weeks. All the run products have been studied by light and transmission electron microscopy (TEM). The reaction is characterized by the progressive darkening and pseudomorphing of the biotite by an intergrowth of extremely fine-grained reaction products. TEM observations show that the reaction can be schematically described as : Al-biotite = Al-orthopyroxene + hercynitic spinel + magnetite + melt and occurs by two mechanisms which are controlled by the original microstructures of the biotite. Electron diffraction studies have shown that in the early stages of the reaction both the hercynitic spinel and the pyroxene have orientations which are strongly controlled by the host biotite, but these crystallographic relationships are lost as the melt fraction increases. Analysis of the coexisting phases by analytical electron microscopy suggests that the earliest spinels and pyroxenes to nucleate have metastable compositions which move towards the stable equilibrium compositions as a function of increasing run time.

On a étudié expérimentalement la dégradation hors d'équilibre de biotite naturelle alumineuse et riche en fer en utilisant, comme matériel initial, des éprouvettes d'un schiste de biotite bien caractérisé. Les expériences ont été réalisées à 800 °C, 1 kbar, pendant 2 jours à 8 semaines. Tous les produits de la réaction ont été étudiés par microscopie photonique et microscopie électronique par transmission. La réaction est caractérisée par un noircissement progressif de la biotite, qui est pseudomorphosée par une intercroissance de produits de réaction à grain très fin. Les observations en MET montrent que la réaction peut schématiquement être décrite ainsi : Biotite-Al = orthopyroxène-Al + spinelle hercynitique + magnétite + produits fondus. Elle procède par deux mécanismes différents selon le site de la biotite où elle se déroule. Dans les premiers stades de la réaction, le spinelle hercynitique et le pyroxène ont des orientations qui sont fortement contrôlées par la biotite-hôte, mais ces relations cristallographiques disparaissent lorsque la proportion de produits fondus augmente. L'analyse des phases présentes par microscopie électronique analytique suggère que les premiers spinelles et pyroxènes qui nucléent ont des compositions métastables qui évoluent vers les compositions stables quand la durée de l'expérience augmente