Quellen und Anreicherungsprozesse von (Halb-)Metallen in submarinen Back-Arc-Hydrothermalsystemen: Ein kombinierter Se und multipler S Isotopen Ansatz

• Antragsteller: Dr. Manuel Keith
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467339755

Hydrothermalsysteme die mit Subduktionsvulkanismus in Verbindung stehen beherbergen einige der wichtigsten vulkanogenen Massivsulfid-Lagerstätten (VMS). Viele davon bildeten sich in „Back-Arcs“, wo Massivsulfide am Meeresboden als ihre modernen Analoge vorkommen, in denen unedle (z. B. Cu, Zn, Pb), edle (z. B. Ag, Au) und seltene Metalle (z. B. As, Se, Sb, Hg, Tl) im Vergleich zu alten VMS-Lagerstätten erheblich angereichert sein können. Viele dieser Elemente (z. B. Se, Sb, Tl) haben eine starke Affinität zu magmatischen Volatilen, aber es ist unklar, wie die Entgasung von Magmen die Gehalte von Metallen in submarinen hydrothermalen Mineralisationen beeinflusst, was insbesondere für Spurenelemente gilt, die in der Vergangenheit wenig untersucht wurden. Dieses Projekt zielt darauf ab, die geochemischen Flüsse in submarinen „Back-Arc“ Hydrothermalsystemen zu quantifizieren. Hierfür soll der Einfluss von (1) magmatischen Volatilen, (2) unterschiedlichen Nebengesteinen und (3) Fluidprozessen in der hydrothermalen Aufstiegszone auf die Zusammensetzung von sich aktiv bildenden Massivsulfiden und alten VMS-Lagerstätten untersucht werden. Dies erfordert eine lückenlose Beprobung entlang hydrothermaler Aufstiegszonen bis zum Meeresboden, was mit Hilfe von Bohrkernen aus der heutigen ozeanischen Kruste und Proben von fossilen Hydrothermalsystemen, die mit VMS-Lagestätten assoziiert sind, erreicht werden kann. Ein hochmoderner analytischer Ansatz, der stabile Se- und multiple S-Isotope mit Spurenelementen kombiniert, wird neue grundlegende Konzepte für den Transport von Metallen von der Quelle zur Senke in submarinen Hydrothermalsystemen erarbeiten. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass die angestrebten Ziele realisierbar sind, da aus Meerwasser stammendes Se die Se-Isotopensignatur von Massivsulfiden am Meeresboden nicht beeinflusst, was einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem S-Isotopensystem darstellt. Somit haben Se-Isotope ein hohes Potenzial, Metallquellen in der Kruste selbst in meerwasserdominierten Umgebungen zu lokalisieren, wie vergleichbare Se-Isotopensignaturen zwischen Sulfidausfällungen und dem angrenzenden Wirtsgestein zeigen. Darüber hinaus deuten erste Ergebnisse darauf hin, dass die Se-Isotopenfraktionierung während des Aufstiegs von Hochtemperatur-Fluiden gering ist. Aber es bleibt eine offene Frage, ob der Eintrag magmatischer Volatile anhand von Se-Isotopen entsprechend dem S-Isotopensystem verfolgt werden kann. Unklar ist auch, ob Se-Isotopensignaturen durch hydrothermale und mikrobielle Remobilisierung von Metallen gestört werden können, was die Interpretation solcher Daten aus alten VMS-Lagerstätten deutlich erschweren würde. Diese Aspekte stehen im Mittelpunkt dieses Fortsetzungsantrags, die letztlich klären sollen, ob verschiedene Metallquellen in der Kruste durch Se-Isotope in aktiven Hydrothermalsystemen sowie in alten VMS-Lagerstätten bestimmt werden können.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Internationaler Bezug: Spanien, USA
• Kooperationspartner: Dr. Stephan König; Dr. Andrew Martin