Volume 53, Number 1, 2026 Access to current issues of this journal requires a subscription.

EN:

Carbonatites are defined as an igneous rock containing > 50% carbonate minerals, although not all rocks labelled as carbonatite fit strict mineralogical criteria. Carbonatites are rare, very unusual in terms of mineralogy and geochemistry, compositionally variable and extraordinarily diverse. These enigmatic rocks are also highly prospective, hosting large resources of Nb, REE, phosphates and other commodities now classed as ‘critical minerals’. Ideas on the genesis and evolution of carbonatite are divergent and many observations or hypotheses remain controversial. This review focuses mostly on geochemical aspects, notably as applied to models for the generation of carbonatite parental magmas, and the wider implications of such data. These rare and fascinating rocks provide insights into the secular evolution of the sub-continental mantle, the role of metasomatism at both crustal and mantle levels, and the nature of deeper parts of the mantle.

Carbonatites are known from all the continents and extend back in time to ~ 3.0 Ga. Only two clear examples are known from the oceanic realm, both associated with oceanic islands located atop mantle plumes. Continental carbonatite occurrences, along with kimberlite intrusions, are the deepest direct probes of the Earth’s subcontinental mantle. Their parental magmas, regardless of how generated, have very low viscosities and wetting angles, and can migrate rapidly towards the surface. They are also highly efficient metasomatic agents at crustal levels, where such effects can be directly studied, and they are inferred to have similar effects at mantle depths. Only one active carbonatite volcano is known (Oldoinyo Lengai, Tanzania) and extrusive carbonatites are much rarer than intrusive varieties in the geological record. Carbonatites are broadly classified into Ca-rich (calciocarbonatite), Mg-rich (magnesiocarbonatite) and Fe-rich (ferrocarbonatite) varieties using mineralogy and chemistry. A rare Na-rich variety (natrocarbonatite) is defined largely at Oldoinyo Lengai but is likely ephemeral on geological time scales and under-represented in the geological record. In most areas, carbonatites are spatially and temporally associated with alkaline silicate igneous suites, which usually include silica-undersaturated types, and may include carbonate-rich rocks.

The radiogenic isotope compositions of carbonatites suggest that parental melts were generated by small-volume partial melting of the mantle. Their Sr–Nd–Pb isotope signatures resemble those of oceanic island basalt (OIB) and indicate the involvement of specific mantle ‘components’ or reservoirs identified from studies of global OIB data. This suggests that these same hypothetical mantle components, believed to represent deeper regions of the mantle, also exist beneath continental regions. The near absence of carbonatites in the modern oceanic realm may indicate that thickened lithosphere beneath the continents exerts important controls on carbonatite genesis and/or ascent. The radiogenic isotope signatures of carbonatites seem to exclude significant contributions from the shallower ‘depleted mantle’ reservoir that is the dominant lithospheric source for mid-ocean ridge basalt (MORB). This argues against various models proposing that carbonatites partly represent recycled continental crustal material (and associated carbon) returned to the mantle by subduction. Stable isotope data for carbonatites are less diagnostic than radiogenic isotope data, but also hint at deep-seated, primitive mantle sources and similarly constrain potential contributions from recycled crustal materials. However, interpretation of stable isotope data is invariably complicated by the widespread fluid-related alteration within and around individual carbonatite complexes.

Intense discussion of carbonatites and their precise origins is likely to continue but radiogenic isotope data and the growing stable isotope database favour models in which parental melts were sourced from deeper (sublithospheric) regions of the mantle. The petrological and geochemical complexity of individual carbonatite suites reflect later processes that likely include crystal fractionation, liquid immiscibility, interaction with wall rocks and other factors operating closer to their eventual sites of emplacement. Understanding of these intricate and linked processes remains incomplete, but they are obviously important for petrologists and economic geologists. The common association between carbonatites and alkaline silicate igneous rocks is unlikely to be coincidental, but it does not necessarily indicate a direct sequential linkage. However, observational and experimental evidence suggests that carbonated silicate magma can in some cases fractionate to carbonatite-like compositions or exsolve immiscible carbonate magma.

From a wider perspective, carbonatites provide probes into large parts of the deep subcontinental mantle and may give insight into fundamental mantle differentiation events in Hadean (> 4.0 Ga) and later Archean (~ 3.0 Ga) times. Carbonatites also provide a mechanism by which carbon can be transferred from the deep Earth to the surface and (ultimately) to the atmosphere as CO2, so they may influence or mediate long-term climate variations. Despite their very limited extent on geological maps, carbonatites may be generated on a semicontinuous basis at mantle depths and likely represent a critical and influential component of the wider Earth System. There are many economic and scientific reasons to expand carbonatite research.

FR:

Les carbonatites sont définies comme des roches ignées contenant plus de 50 % de minéraux carbonatés, bien que toutes les roches qualifiées de carbonatites ne répondent pas à des critères minéralogiques stricts. Les carbonatites sont rares, très singulières sur les plans minéralogique et de géochimique, de composition variable et d’une diversité extraordinaire. Ces roches énigmatiques présentent également un fort potentiel, car elles contiennent d’importantes ressources en Nb, en ÉTR, en phosphates et en d’autres matières premières désormais classées comme « minéraux critiques ». Les idées sur la genèse et l'évolution des carbonatites divergent et de nombreuses observations ou hypothèses restent controversées. Cette revue se concentre principalement sur les aspects géochimiques, notamment tels qu’ils s’appliquent aux modèles de formation des magmas parents des carbonatites, ainsi que sur les implications plus larges de ces données. Ces roches rares et fascinantes fournissent un aperçu de l'évolution séculaire du manteau sous-continental, du rôle du métasomatisme, tant au niveau de la croûte que du manteau, et de la nature des zones plus profondes du manteau.

On trouve des carbonatites sur tous les continents, et dans le temps jusqu'à ~ 3,0 Ga. Seuls deux exemples clairs sont connus dans le domaine océanique, tous deux associés à des îles océaniques situées au sommet de panaches mantelliques. Les occurrences de carbonatites continentales, tout comme les intrusions de kimberlite, constituent les sondages directs les plus profonds du manteau sous-continental de la Terre. Leurs magmas parents, quelle que soit la manière dont ils sont générés, ont des viscosités et des angles de mouillage très faibles, et peuvent migrer rapidement vers la surface. Ce sont également des agents métasomatiques très efficaces au niveau de la croûte, où de tels effets peuvent être directement étudiés, et on suppose qu'ils ont des effets similaires dans les profondeurs du manteau. On ne connaît qu’un seul volcan de carbonatite actif (Oldoinyo Lengai, Tanzanie) et les carbonatites extrusives sont beaucoup plus rares que les variétés intrusives dans les archives géologiques. Les carbonatites sont, de manière générale, classées en variétés riches en Ca (calciocarbonatite), riches en Mg (magnésiocarbonatite) et riches en Fe (ferrocarbonatite) sur la base de leur minéralogie et de leur composition chimique. Une variété rare riche en Na (natrocarbonatite) est principalement définie à Oldoinyo Lengai mais elle est probablement éphémère à l'échelle des temps géologiques et sous-représentée dans les archives géologiques. Dans la plupart des régions, les carbonatites sont associées spatialement et temporellement à des suites ignées silicatées alcalines, qui comprennent généralement des types sous-saturés en silice, et peuvent inclure des roches riches en carbonates.

Les compositions isotopiques radiogéniques des carbonatites suggèrent que les magmas parents ont été générés par une fusion partielle de faible volume du manteau. Leurs signatures isotopiques Sr–Nd–Pb ressemblent à celles des basaltes des îles océaniques (OIB) et indiquent l’implication de « composants » ou de réservoirs spécifiques du manteau identifiés à partir d’études de données mondiales sur les OIB. Cela suggère que ces mêmes composants hypothétiques du manteau, censés représenter des régions plus profondes du manteau, existent également sous les régions continentales. La quasi-absence de carbonatites dans le domaine océanique moderne peut indiquer que la lithosphère épaissie sous les continents exerce un contrôle important sur la genèse et/ou l'ascension des carbonatites. Les signatures isotopiques radiogéniques des carbonatites semblent exclure toute contribution significative du réservoir moins profond du « manteau appauvri » qui est la source lithosphérique dominante de basalte de dorsale médio-océanique (MORB). Cela contredit divers modèles proposant que les carbonatites représentent en partie du matériel crustal continental recyclé (et le carbone associé) renvoyé dans le manteau par subduction. Les données sur les isotopes stables des carbonatites sont moins diagnostiques que les données sur les isotopes radiogéniques, mais elles suggèrent également des sources mantelliques primitives et profondes, et limitent de la même manière les contributions potentielles des matériaux crustaux recyclés. Cependant, l'interprétation des données sur les isotopes stables est invariablement compliquée par l'altération généralisée liée aux fluides au sein et autour des complexes de carbonatites individuels.

Des débats animés sur les carbonatites et leurs origines précises vont probablement se poursuivre, mais les données sur les isotopes radiogéniques et la base de données croissante sur les isotopes stables penchent en faveur de modèles selon lesquels les magmas parents proviennent de régions plus profondes (sous-lithosphériques) du manteau. La complexité pétrologique et géochimique des suites de carbonatites individuelles reflète des processus ultérieurs qui incluent probablement le fractionnement des cristaux, l'immiscibilité des phases liquides, l'interaction avec les roches encaissantes et d'autres facteurs intervenant plus près de leurs sites de mise en place finale. La compréhension de ces processus complexes et interdépendants reste incomplète, mais ils sont évidemment importants pour les pétrologues et les géologues économiques. L’association courante entre les carbonatites et les roches ignées silicatées alcalines n’est probablement pas fortuite, mais elle n’indique pas nécessairement un lien séquentiel direct. Cependant, des preuves observationnelles et expérimentales suggèrent que le magma silicaté carbonaté peut, dans certains cas, se fractionner en compositions de type carbonatite ou exsolver un magma carbonaté non miscible.

D'un point de vue plus général, les carbonatites constituent des sondages dans de vastes zones du manteau sous-continental profond et peuvent apporter des éclaircissements sur les événements fondamentaux de différenciation du manteau survenus à l’Hadéen (> 4,0 Ga) puis plus tard à l’Archéen (~ 3,0 Ga). Les carbonatites fournissent également un mécanisme par lequel le carbone peut être transféré des profondeurs de la Terre vers la surface et (finalement) vers l'atmosphère sous forme de CO2, de sorte qu’elles peuvent influencer ou réguler les variations climatiques à long terme. Malgré leur étendue très limitée sur les cartes géologiques, les carbonatites peuvent être formées de manière semi-continue dans les profondeurs du manteau et représentent probablement un élément essentiel et influent du système terrestre plus large. Il existe de nombreuses raisons économiques et scientifiques d'élargir la recherche sur les carbonatites.