Prozesse der hydrothermalen Alteration in ozeanischer Kruste des frühen Archaikums

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Annika Dziggel; Professor Dr. Franz Michael Meyer
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207638145

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des ICDP „Barberton Drilling Project“ wurden in diesem Projekt die Prozesse der Silifizierung und Bor-Metasomatose in alterierter, archaischer ozeanischer Kruste der Mendon Formation im Barberton Grünsteingürtel (BGB) in Südafrika untersucht. Die stärkste Silifizierung tritt am Kontakt von mafischen bis ultramafischen Lavaströmen mit sedimentären Chert-Horizonten auf und wird generell als Ergebnis niedrigtemperierter Fluid-Gesteins Wechselwirkung in oberflächennahen Konvektionszellen im Bereich des Meeresbodens interpretiert. Um Hinweise auf die Quelle und die Zusammensetzung der Fluide zu erlangen und um den potentiellen Effekt späterer (hydro-)thermalen Ereignisse zu analysieren, wurden Proben mittels Fluideinschlussmikrothermometrie, Crush-Leach und O-Isotopenanalyse von Quarz sowie B-Isotopenanalyse von Turmalinen untersucht. Die Proben stammen aus dem zentralen Teil des BGB und aus dem BARB4 Bohrkern. Die Geländeproben beinhalten silifizierte Komatiite, gebänderte Cherts und beide Gesteine durchschlagende Chertadern. Proben des BARB4 Bohrkerns umfassen alterierte Komatiite, Chert-Horizonte und Quarzadern. Die δ18O-Werte der Chertadern und ihrer makrokristallinen Quarzkerne variieren von 18 bis 21 ‰, wobei makrokristalliner Quarz tendenziell höhere Werte aufweist. Die Daten sprechen für eine Silikat-Fällung aus einem niedrigtemperierten (≤100◦C) Fluid im Archaischen Meeresboden. Im Gegensatz dazu sind die δ18O-Werte der Quarzadern in dem Bohrkern deutlich niedriger (14.1-15.3 ‰) und deuten auf höhere Fällungs-Temperaturen hin. Makrokristalline Quarze enthalten homogene, 2- phasige (L+V) wässrige Einschlüsse mit einem relativ konstanten Gasanteil. Die Fluideinschlüsse zeigen Homogenisierungs-Temperaturen zwischen 150-200°C und Salinitäten von 0-15 Gew. % NaCl Equiv. Intragranulare und transgranulare Einschlüsse haben dieselben mikrothermometrischen Eigenschaften, was bedeutet, dass der Einbau und/oder die Modifizierung des Fluids während eines späteren metamorphen Ereignisses und nicht am Meeresboden stattfanden. Die Fluideinschlüsse geben somit keine Informationen über die Bedingungen und Temperaturen während der Silizifizierung. Die Borisotopenzusammensetzung (δ11B) von Turmalin liegt zwischen -20.7 und 10.2 ‰. Zwei Gruppen von Turmalin wurden aufgrund ihrer δ11B-Variation innerhalb der Proben unterschieden: 1) geringe (<4 ‰) Variation der δ11B-Werte, und 2) hohe Variation der δ11B-Werte bis zu 18 ‰. The Daten weisen auf variable Borquellen hin, u.a. Meerwasser, ozeanische Kruste und eine Quelle leichter B-Isotope wie zum Beispiel granitische Kruste oder marine Evaporite, die aus 10B-angereichertem Meerwasser präzipitiert wurden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2013. Fluid inclusion analysis of chert veins from the Mendon Formation, Barberton Greenstone Belt, South Africa. Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, EGU2013-8670
  Farber, K., Dziggel, A., Meyer, F.M.
  
• 2014. B-isotope study of hydrothermal tourmaline in silicified komatiites from the Barberton Greenstone Belt, South Africa. 21st general meeting of the International Mineralogical Association, Johannesburg
  Farber, K., Dziggel, A., Meyer, F.M., Trumbull, R.B., Wiedenbeck, M.
  
• 2014. Fluid inclusion record of chert and quartz vein formation in ultramafic crust of the Mesoarchaean Barberton Greenstone Belt, South Africa. ICDP-IODP Kolloquium, Erlangen
  Farber, K., Dziggel, A., Meyer, F.M., Prochaska, W.
  
• 2014. Tourmaline B- isotopes as tracers of fluid sources in silicified zones of the Barberton Greenstone Belt, South Africa. 92nd annual meeting Deutsche Mineralogische Gesellschaft, Jena
  Farber, K., Dziggel, A., Meyer, F.M., Trumbull, R.B., Wiedenbeck, M.
  
• 2015. Fluid inclusion analysis of silicified Palaeoarchaean oceanic crust – A record of Archaean seawater? Precambrian Research, 266: 150-164
  Farber, K., Dziggel, A., Meyer, F.M., Prochaska, W., Hofmann, A., Harris, C.
  
• 2015. Tourmaline B-isotopes as tracers of fluid sources in silicified Palaeoarchaean oceanic crust of the Mendon Formation, Barberton greenstone belt, South Africa. Chemical Geology, 417: 134-147
  Farber, K., Dziggel, A., Trumbull, R.B., Meyer, F.M., Wiedenbeck, M.
  
• 2015. Tourmaline boron isotope evidence for multiple fluid sources in silicified oceanic crust of the Barberton Greenstone Belt, South Africa. Goldschmidt Abstracts, p. 2212
  Farber, K., Dziggel, A., Trumbull, R.B., Wiedenbeck, M.
  
• 2016. Fluid inclusion analysis of quartz veins hosted by metamorphosed komatiites of the 3.3 Ga Mendon Formation, BARB4 drill core, Barberton greenstone belt, South Africa. ICDP-IODP Kolloquium Heidelberg
  Farber, K., Dziggel, A.