Karbonatiitti

Karbonatiitit ovat magmakiviä, joista vähintään puolet on karbonaattimineraaleja. Karbonatiitit esiintyvät plutoneina, juonina, breksioina ja laavoina. Karbonatiittikompleksilla on karbonatiittikeskus tai syeniittibreksiaa, jota reunustaa kehämäiset tai ovaalin muotoiset tai kartiomaiset juonet. Karbonatiittiesiintymiä syntyy magmaattisissa tai magmaattis-hydrotermisissä prosesseissa tai näiden yhdistelmänä ekstensionaalisessa tektonisessa ympäristössä.

Maailmalta tunnetaan 527 karbonatiittiesiintymää , joista 10 % (49 esiintymää) on ekstrusiivisia . Iältään karbonatiitit ovat arkeeiselta eonilta kvartäärikaudelle; maailman vanhin karbonatiittiesiintymä Tupertalik (3007 Ma) sijaitsee Grönlannissa . Bose (1884) kuvasi karbonatiitit ensimmäisen kerran Narmadan laaksossa Intiassa . Karbonatiitteihin liittyy usein alkalikivi-intruusioita, ja monissa tapauksissa karbonatiitit ovat nuorempia kuin paikalliset alkalikivet.

Mineralogia 
Karbonatiitit koostuvat vähintään 50 t-% karbonaateista, kuten kalsiitista, dolomiitista, sideriitistä ja ankeriitista, ja kivessä on alle 20 p-% SiO2 . Yleisesti karbonatiittiesiintymiin liittyvät kivet ovat pyrokseniitti, feniitti, ijoliitti, duniitti, pikriittiporfyyri, Na-K-feniittiytynyt gneissi ja paikallisesti pintasyntyiset alkalikivet. Karbonatiitit ovat usein intrudoituneet gneisseihin ja kiilleliuskeisiin tai suprakrustisiin kiviin . Streckeisenin (1980) mukaan karbonatiitit voidaan vielä luokitella seuraavasti:
 kalsiittikarbonatiitti – söviitti (karkearakeinen syväkivi); alvikiitti (keski- tai hienorakeinen juonikivi)
 dolomiittikarbonatiitti – beforsiitti (juonikivi) tai rauhaugiitti (syväkivi)
 ferrokarbonatiitti – Fe-karbonaattia (sideriitti)
 natrokarbonatiitti.

Feniittiytyminen 
Metasomatoosi on prosessi, joka tapahtuu kiinteässä tilassa fluidifaasin ollessa läsnä. Metasomatoosi on kemiallista muuttumista, jossa kiven koostumus muuttuu siksi, että fluidin mukana kiveen tuodaan tai siitä viedään alkuaineita . Feniittiytyminen on yksi metasomatoosin alaluokista. Se tuottaa alkalipitoisia metasomaattisia kiviä eli feniittejä . Feniittejä syntyy alkalikivi- ja karbonatiittikomplekseissa, joissa metasomatoosi tuottaa isäntä- ja sivukiviin magmaattis-hydrotermisten fluidien vaikutuksesta vyöhykkeellistä muuttumista . Feniittien tyyppimineraalit ovat egiriini, egiriini-diopsidi, alkaliamfibolit (riebeckiitti, richteriitti), nefeliini, biotiitti, flogopiitti, kalimaasälpä (pertiitti), plagioklaasi (albiitti) ja karbonaatti sekä aksessoriset mineraalit apatiitti ja titaniitti. Feniitin vyöhykkeellisyys voi ulottua intruusiosta metreistä muutamien kilometrien päähän .

Geokemia 
Karbonatiittimagman pääkomponentit ovat Ca, Mg, Fe ja CO2. Karbonatiittien kiteytymisjärjestys on yleensä Ca-, Mg- ja ferrokarbonatiitti . Karbonatiiteista suurin osa sijoittuu Sr-Nb-diagrammissa köyhtyneen vaipan kenttään, mikä viittaa pitkäjaksoiseen vaipan köyhtymiseen yhteensopimattomien alkuaineiden suhteen . Karbonatiitit ovat tyypillisesti rikastuneet U, Ba, P, Th, Ta, Nb, REE, Sr ja Y ja köyhtyneet Zr, Rb, K, Cs, Hf ja Ti alkuaineiden suhteen . Karbonatiiteissa on myös kohtuullisen korkeita pitoisuuksia alkuaineita S, Cl, F ja Mn verrattuna silikaattikiviin . Karbonatiiteissa on yleensä tuhatkertaisia pitoisuuksia LREE-alkuaineita verrattuna kondriitteihin . LREE-pitoisuus on karbonatiiteissa tavallisesti yli 500 ppm per alkuaine. Keskimääräinen REE-pitoisuus on 3600 ppm, mutta se voi olla jopa 8 % .

Petrogeneesis ja tektoniset ympäristöt 

Tutkijat uskovat yleisesti, että karbonatiitit muodostuvat erittäin vähäisen (0,1–5 %) osittaissulamisen tuloksena  runsaasti hiilidioksidia sisältävästä vaipan peridotiitista . Karbonatiittisulat ovat hyvin volatiilipitoisia (H2O ja CO2). Hiilidioksidi kuluu karbonaattien kiteytymiseen . Karbonatiittimagmalla on erittäin alhainen viskositeetti jopa 11 GPa:ssa .
Karbonatiitteja on stabiilien kratonien keskiosissa (esim. Fennoskandian kilpi), mutta tunnetaan muutamia merellisessä kuoressa olevia karbonatiittejakin . Karbonatiitteja on usein ohentuneessa kuoressa, kuten vulkaanisen kaaren tausta-altaassa, anorogeenisessa tektonisessa ympäristössä sekä riftiytymis- tai siirrosvyöhykkeissä, joita pitkin magma kohoaa dekompressionaalisessa osittaissulamisessa . Itä-Afrikan hautavajoaman alueella Tansaniassa on aktiivinen karbonatiittitulivuori, 2950 m korkea Oldoinyo Lengai, josta purkautuu koostumukseltaan poikkeuksellista natriumkarbonatiittilaavaa .

Taloudellinen merkitys 
Karbonatiitit ovat harvinaisten maametallien ja fosforin osalta tärkeitä malmikiviä, joissa on myös korkeita pitoisuuksia Nb, Th, U, F, Fe, Ba, Sc, Zr, Ti ja Ta. Karbonatiitit ovat hyvin potentiaalisia REE- ja P-isäntäisiä esiintymiä . Harvinaiset maametallit rikastuvat karbonatiitteihin magmaattis-hydrotermisissä prosesseissa moninkertaisiksi vaippaan verrattuna. Karbonatiiteista louhitaan harvinaisia maametalleja; tällaisista kaivoksista voi mainita mm. Bayan Obo, Mountain Pass, Maoniuping ja Mount Weld.

Lähteet 
 Bailey, D.K. 1993. Carbonate magmas. Journal of the Geological Society 150, s. 637–651.
 Bose, P.N. 1884. Geology of the Lower Narbada Valley between Nimáwar and Káwant. Geological Survey of India 21, s. 1–72.
Castor, S.B. 2008b. The Mountain Pass Rare Earth carbonatite and associated ultrapotassic rocks, California. Canadian Mineralogist 46, s. 779–806.
 Chakhmouradian, A.R. ja Zaitsev, A.N. 2012. Rare earth mineralization in igneous rocks: sources and processes. Elements 8, s. 347–353.
 Downes, H., Balaganskaya, E., Beard, A., Liferovich, R. ja Demaiffe, D. 2005. Petrogenetic processes in the ultramafic, alkaline and carbonatitic magmatism in the Kola Alkaline Province: a review. Lithos 85, s. 48–75.
 Fettes, D.J., Desmons, J. ja Árkai, P. 2007. Metamorphic rocks: a classification and glossary of terms: recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks. Cambridge University Press. Cambridge, Iso Britannia, 244 s.
 Gittins, J. ja Harmer, R.E. 1997. What is ferrocarbonatite? A revised classification. Journal of African Earth Sciences 25, s. 159–168.
 Jones, A.P., Genge, M. ja Carmody, L. 2013. Carbonate Melts and Carbonatites. Reviews in Mineralogy & Geochemistry 75, s. 289–322.
 Jørgensen, J.Ø. ja Holm, P.M. 2002. Temporal variation and carbonatite contamination in primitive ocean island volcanics from São Vicente, Cape Verde Islands. Chemical Geology 192, s. 249–267.
 Keller, J. ja Zaitsev, A.N. 2012. Geochemistry and petrogenetic significance of natrocarbonatites at Oldoinyo Lengai, Tanzania: composition of lavas from 1988 to 2007. Lithos 148, s. 45–53.
 Keppler, H. 2003. Water solubility in carbonatite melts. American Mineralogist 88, s. 1822–1824.
 Kogarko, L.N. 1993. Geochemical characteristics of oceanic carbonatites from the Cape Verde Islands. South African Journal of Geology 96, s. 119–125.
 Le Bas, M.J. 2008. Fenites associated with carbonatites. The Canadian Mineralogist 46, s. 915–932.
 Le Maitre, R.W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M.J., Bonin, B. ja Bateman, P. 2002. Igneous rocks: a classification and glossary of terms: recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Cambridge University Press. 2. painos. Cambridge, Iso Britannia, 236 s.
 Mitchell, R.H. 2005. Carbonatites and Carbonatites and Carbonatites. The Canadian Mineralogist 43, s. 2049–2068.
 O’Brien, H. 2015. Chapter 4.1 – Introduction to Carbonatite Deposits of Finland. Teoksessa: Lahtinen, R., Maier W.-D. ja O’Brien, H (toim). Mineral Deposits of Finland, Elsevier Amsterdam, s. 291–303.
 McKenzie, D. 1985. The extraction of magma from the crust and mantle. Earth and Planetary Science Letters 74, s. 81–91.
 Ridley, W.I. ja Dawson, J.B. 1975. Lithophile trace element data bearing on the origin of peridotite xenoliths, ankaramite and carbonatite from Lashaine volcano, N. Tanzania. Physics and Chemistry of the Earth 9, s. 559–569.
 Samoilov, V.S. 1991. The main geochemical features of carbonatites. Journal of Geochemical Exploration 40, s. 251–262.
 Smith, M.P., Moore, K., Kavecsánszki, D., Finch, A.A., Kynicky, J. ja Wall, F. 2016. From mantle to critical zone: A review of large and giant sized deposits of the rare earth elements. Geoscience Frontiers 7, s. 315–334.
 Sillanpää, S. 2016. Tonni- ja pitoisuusmallit Suomen karbonatiitti- ja alkalikivi-isäntäisille REE- ja P-esiintymille. Turun yliopisto, maantieteen ja geologian laitos, geologian osasto, pro gradu -tutkielma, 195 s., 64 kuvaa, 31 taulukkoa ja 6 liitettä.
 Silva, L.C., Le Bas, M.J. ja Robertson, A.H.F. 1981. An oceanic carbonatite volcano on Santiago, Cape Verde Islands. Nature 294, s. 644–645.
 Streckeisen, A. 1980. Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks IUGS Subcommission on the systematics of igneous rocks. Geologische Rundschau 69, s. 194–207.
 Trofanenko, J., Williams-Jones, A.E., Simandl, G.J. ja Migdisov, A.A. 2016. The Nature and Origin of the REE Mineralization in the Wicheeda Carbonatite, British Columbia, Canada. Economic Geology 111, s. 199–223.
 Winter, J.D. 2001. An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall Inc. New Jersey, Yhdysvallat, 697 s.
 Woolley, A.R. ja Church, A.A. 2005. Extrusive carbonatites: A brief review. Lithos 85, s. 1–14.
 Woolley, A.R. ja Kjarsgaard, B.A. 2008a. Carbonatite occurrences of the world: map and database. Geological Survey of Canada, Raportti 5796, 28 s.
 Woolley, A.R. ja Kjarsgaard, B.A. 2008b. Paragenetic types of carbonatite as indicated by the diversity and relative abundances of associated silicate rocks: evidence from a global database. Canadian Mineralogist 46, s. 741–752.
 Woolley, A.R. ja Kempe, D.R.C. 1989. Nomenclature, Average Chemical Compositions, and Element Distribution. Teoksessa: Bell, K. (toim.) Carbonatites, Genesis and Evolution, Unwin Hyman, Lontoo, Iso Britannia, s. 1–14.
 Woolley, A.R. ja Kjarsgaard, B.A. 2008b. Paragenetic types of carbonatite as indicated by the diversity and relative abundances of associated silicate rocks: evidence from a global database. Canadian Mineralogist 46, s. 741–752.
 Xie, Y., Hou, Z., Yin, S., Dominy, S.C., Xu, J., Tian, S. ja Xu, W. 2009. Continuous carbonatitic melt-fluid evolution of a REE mineralization system: Evidence from inclusions in the Maoniuping REE Deposit, Western Sichuan, China. Ore Geology Reviews 36, s. 90–105.
 Zharikov, V.A, Pertsev, N.N., Rusinov, V.L., Callegari, E. ja Fettes, D.J. 2007. 9. Metasomatism and metasomatic rocks. Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks: Web version 01.02.07, 17 s.
 Yang, X.Y., Sun, W.D., Zhang, Y.X. ja Zheng Y.F. 2009. Geochemical constraints on the genesis of the Bayan Obo Fe-Nb-REE deposit in Inner Mongolia, China. Geochimica et Cosmochimica Acta 73, s. 1417–1435.

Viitteet

Aiheesta muualla 

Sillanpää, Sauli: Tonni- ja pitoisuusmallit Suomen karbonatiitti- ja alkalikivi-isäntäisille REE- ja P-esiintymille. Turun yliopisto, maantieteen ja geologian laitos, geologian osasto, pro gradu -tutkielma, 195 s.
Vartiainen, Heikki: Suomen alkalikivet - apatiitista timanttiin, Suomen Geologinen Seura.  (pdf)

Magmakivilajit
Karbonaattimineraalit