Calcite veins in the ocean crust as recorders of the ocean stable strontium isotope evolution
Final Report Abstract
Alteration der Ozeankruste bei niedrigen Temperaturen (LTA) führt zur Bildung von Calcit- und Aragonitadern. Die Minerale bilden sich aus Meerwasser, das durch Reaktion mit Basalt in seiner Zusammensetzung verändert sein kann. Die Veränderungen sind bei hohen Temperaturen am stärksten. Bei Verwendung von Mineraladern, die sich bei niedrigen Temperaturen bildeten, erhält man mit hoher Wahrscheinlichkeit Ausfällungsprodukte, die die Zusammensetzung des ursprünglichen Meerwassers zur Zeit der Mineralisation widerspiegeln. Stabile Strontium-Isotope von Calciten und Aragoniten verschiedener ODP- und DSDP-Sites wurden analysiert. Messwerte aus früheren Analysen der gleichen Proben (Sr/Ca, Mg/Ca, Kohlenstoff-, Sauerstoff- und radiogene Strontium-Isotope, stabile Calcium-Isotope) wurden mit den neuen Messungen verglichen. Stabile Strontium- Isotopenwerte der meisten LTA-Proben fallen in einen sehr engen Bereich, der geringfügig unter dem Wert für heutiges Meerwasser liegt. Aragonitwerte sind etwas höher als Calcitwerte. LTA-Aragonit ist im Vergleich zu Aragonit aus anorganischen Fällungsexperimenten deutlich an schwerem Strontium angereichert. LTA-Calcit ist im Vergleich zu experimentellem Calcit ebenfalls an schwerem Strontium angereichert, vermutlich auf Grund niedrigerer Fällungsraten. Calcium- und Strontium-Isotope zeigen in den LTA-Calciten keine Korrelation. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu den Resultaten aus Fällungsexperimenten. Warme Fluide nahmen vermutlich leichtes Calcium aus dem Basalt auf. Ein unbekannter Prozess führte gleichzeitig zur Anreicherung von schwerem Strontium im warmen Fluid, wahrscheinlich durch inkongruente Lösung von Basaltmineralen. Calcium- und Strontium-Isotope zeigen unterschiedliches Verhalten in den LTA-Systemen. Dies liegt teilweise am großen Unterschied der Calcium-Isotopie von Basalt und Meerwasser, der bei Strontium-Isotopen nicht erkennbar ist. Unsere Daten schließen kinetische Prozesse bei der LTA-Calcit-Fällung weitgehend aus. Die Mineralogie der gebildeten Kristalle hat entgegengesetzte Auswirkungen auf Strontium- und Calcium-Isotope: Schweres Calcium wird vom Calcit bevorzugt, im Aragonit abgereichert. Im Gegensatz wird schweres Strontium von Aragonit bevorzugt und von Calcit leicht abgereichert. An einigen Lokalitäten wird der Austausch von Isotopen zwischen Calcit und Basalt durch leichte Calciumisotopie und niedrige 87Sr/86Sr-Verhältnisse angezeigt. Lokalitäten ohne Anzeichen solcher Austauschreaktionen wurden für die Rekonstruktion der Meerwasserzusammensetzung früherer Zeiten verwendet. Stabile Strontium-Isotope des Meerwassers zeigen geringe Variationen für die letzten 30 Millionen Jahren (Ma) und geringfügig höhere Werte in der Kreide. Dies steht im Gegensatz zur viel stärkeren Variabilität von paläozoischem Meerwasser, wie sie aus Analysen von Fossilien rekonstruiert wurde. Der entsprechende Calcium-Isotopen-Record aus LTA-Calciten zeigt für die letzten 30 Ma gute Übereinstimmung mit dem Fossil-Record. LTA-Isotopen-Werte für die Kreide sind jedoch wesentlich niedriger. Dies liegt vermutlich an der Aufnahme von leichtem Calcium aus den Basalten in die kretazischen Calcite.
Publications
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2013. Calcium carbonate veins in ocean crust record a threefold increase of seawater Mg/Ca in the past 30 million years. Earth and Planetary Science Letters, 362, 215–224
Rausch, S., Böhm, F., Bach, W., Klügel, A., Eisenhauer, A.
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Strontium Isotope Fractionation of Low Temperature Alteration Calcite in the Ocean Crust. IODP/ICDP Kolloquium 2013, Freiberg, 43-45
F. Böhm, A. Eisenhauer, S. Rausch, W. Bach, A. Klügel, A. Niedermayr, J. Tang, M. Dietzel
