Subduction fluids and their interaction with the mantle wedge: a perspective from the study of high-pressure ultramafic rocks

— We review three case studies emphasizing the role of ultramafic rocks in the recycling of volatiles and trace elements at convergent plate margins. Serpentinites are major water carriers in subduction zones and their breakdown liberates large quantities of water at sub-arc depths. The incompatible elements incorporated during oceanic serpentinization are released into the fluid phase produced once antigorite dehydrates to olivine + orthopyroxene. Importantly, the antigorite breakdown can trigger either wet melting or production of supercritical fluids in altered basalts and sediments. The produced fluid phases incorporate substantial amounts of incompatible element, initially residing in the crustal reservoirs. The fluid phase which exits the slab is highly reactive with respect to the overlying, silica undersaturated, mantle rocks. This leads to formation of reactive (ortho)pyroxenite layers, which filter the uprising hydrous melt/supercritical fluid to produce aqueous, solute-rich solutions. This fluid has equilibrated with peridotites and is mobile in the mantle. A consequence of these subduction fluid/mantle reactions is that the mantle wedge domains overlying the slabs can be heterogeneous in composition and layered, due to the presence of reactive pyroxenite bodies. Another aspect regards the debate whether supercritical fluids or hydrous melts are effective media for trace element transport. Since both agents are saturated in silica, they will react with the silicaundersaturated mantle wedge peridotites to produce aqueous, incompatible trace element-rich residual fluids. Hence, while hydrous melt and/or supercritical fluids are important for scavenging incompatible elements from the slab, they may not be the agents that transfer the metasomatic subduction signature to the inner parts of the mantle wedges. riAssunto. — Questo contributo riassume tre casi di studio che evidenziano il ruolo delle rocce ultrafemiche nei processi di riciclo delle sostanze volatili e degli elementi in traccia ai margini di placca convergenti. Le serpentiniti sono i sistemi maggiormente responsabili per il trasporto dell’acqua nelle zone di subduzione, dove liberano grandi quantita di acqua a profondita di sub-arco a causa della disidratazione del serpentino. Gli elementi incompatibili incorporati da queste rocce durante l’alterazione oceanica, vengono rilasciati nel fluido prodotto dalla disidratazione del serpentino. L’acqua rilasciata dall’antigorite puo innescare la fusione parziale o la formazione di fluidi supercritici nei livelli di rocce basaltiche e metasedimentarie costituenti la placca subdotta. I fusi o i fluidi cosi prodotti incorporano quantita significative di elementi maggiori (oltre il 50 % in peso) e in traccia Subduction fluids and their interaction with the mantle wedge: a perspective from the study of high-pressure ultramafic rocks MArco scAMbelluri 1 *, nAdiA MAlAspinA 2 and Joerg HerMAnn 3 1 Dipartimento per lo Studio del Territorio e delle sue Risorse, Universita di Genova, Italy 2 Dipartimento di Scienze della Terra, Universita di Milano, Italy 3 Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, Australia * Corresponding author, E-mail: marco.scambelluri@dipteris.unige.it 254 M. scAMbelluri, n. MAlAspinA and J. HerMAnn originariamente presenti nelle rocce crostali. La fase fluida rilasciata dallo slab subdotto e altamente reattiva rispetto alle soprastanti rocce di mantello e causa la formazione di livelli reattivi a ortopirosseno. Questi livelli ‘filtrano’ i fluidi supercritici e/o i fusi idrati uscenti dallo slab per produrre un fluido acquoso residuale ricco in soluto: quest’ultimo si e equilibrato con le peridotititi di mantello ed e in grado di migrare all’interno del wedge di mantello. Una conseguenza di queste reazioni fluido/mantello e che i dominii del cuneo di mantello soprastanti lo slab sono composizionalmente eterogenei e ‘stratificati’ a causa della presenza dei livelli di pirosseniti reattive. Un altro aspetto di queste ricerche riguarda l’efficienza dei fluidi supercritici o dei fusi idrati come agenti di trasporto degli elementi in traccia nel mantello. Entrambi gli agenti sono ricchi in silice e la loro reazione con il mantello libera fluidi acquosi mobili arricchiti in elementi incompatibili. Di conseguenza, mentre i fusi idrati e i fluidi supercritici sono importanti per incorporare elementi dai serbatoi crostali nello slab, essi non sono gli agenti che trasferiscono alle parti interne del cuneo di mantello l’impronta metasomatica subduttiva.