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Defect-Controlled 40 Ar Diffusion-Domain Structure of White Micas from High-resolution 40 Ar/ 39 Ar Crystal-Mapping in Slowly-Cooled Muscovite

Authors :
Nteme, Jehiel
Scaillet, Stéphane
Gardés, Emmanuel
Duval, Florian
Nabelek, Peter
Mottolese, Angelo
Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO)
Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Géodynamique - UMR7327
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of Missouri [Columbia] (Mizzou)
University of Missouri System
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)-Universidad de Zaragossa
ANR-10-LABX-0100,VOLTAIRE,Geofluids and Volatil elements – Earth, Atmosphere, Interfaces – Resources and Environment(2010)
ANR-11-EQPX-0036,PLANEX,Planète Expérimentation: simulation et analyse in-situ en conditions extrêmes(2011)
Source :
Geochimica et Cosmochimica Acta, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022, ⟨10.1016/j.gca.2022.12.004⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

International audience; Using target-matching techniques combining Ar/Ar crystal-mapping with elemental mapping and high-resolution electron microscopy, this study investigates the Ar behavior in very-slowly cooled muscovite from the Harney Peak Granite (HPG, South Dakota, USA). Detailed age mapping along (001) in single crystals from different localities of the HPG documents age gradients in excess of 300400 m.y., with conspicuous internal Ar/Ar zoning. This suggests (001) layer-parallel Ar transport driven by diffusion, consistent with previous Ar/Ar crystal-mapping studies. The age distribution pattern is complex, however, and defines a mosaic of sub-grain domains with more retentive core zones, broadly 250300 m across, separated by zones of high diffusivity varying in shape and extent. The maximum ages preserved in the core domains are independent of their size but vary linearly with the bulk areal extent of the peripheral (or surrounding) high-diffusivity zones. Spatial Ar/Ar relationships inside each grain point to a mechanism of multipath continuum-diffusion interaction between subdomains across the whole crystal, rather than via discrete non-interracting domains such as in K-feldspars. A close spatial correlation exists between younger ages, Na-depleted (K-enriched) zones, and density of microstructural defects. These defects, identified as lenticular voids and basal partings ( 100 nmlong), are developed in response to inward K Na interdiffusion during late-magmatic stages, in the absence of deformation. Coupled variations in density of microstructural defects and NaK interchange are inferred to control the bulk diffusion-domain structure of HPG muscovite. Quantitative diffusion modeling of coupled compositionaldefectisotopic variations indicates that Ar diffusivity may be enhanced by up to six orders of magnitude in defect-controlled high-diffusivity zones relative to less defective (pristine) domains. On the other hand, empirical diffusivity estimates required to preserve the core ages are commensurate with diffusion estimates independently derived from recent atomistic simulations.

Details

Language :
English
ISSN :
00167037
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geochimica et Cosmochimica Acta, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022, ⟨10.1016/j.gca.2022.12.004⟩
Accession number :
edsair.od......3515..6507e7040398de3306a3b8f6281c5872