High- and low-temperature alteration of ultramafic oceanic crust: Mineralogy, geochemistry and isotope characteristics of hydrothermal systems at the Mid Atlantic Ridge between 14° and 15°N
Final Report Abstract
Detaillierte bathymetrische Kartierungen vom Mittelatlantischen Rücken (MAR) bei 15°N sowie genaue geologische Beobachtungen ermöglichten eine sehr gute Beschreibung des Logatchev Hydrothermalfeldes (LHF) bei 15°45'N. Der größte Teil des LHF liegt in einer mit Sedimenten und Talus gefüllten Senke. Dieses Material ermöglicht eine erhöhte Porosität des Untergrundes und beeinflusst dadurch stark die Bewegungen hydrothermaler Lösungen. Die im LHF erstmals beschriebenen „rauchenden Krater" scheinen abhängig von der Beschaffenheit des Untergrundes zu sein und sind bisher nur noch von einer weiteren Lokalität im Nibelungen-Feld am südlichen MAR bekannt. Die Interpretation bathymetrischer Karten lässt darauf schließen, dass die Position des LHF an große Störungen gebunden ist. Im LHF kennt man bisher 5 rauchende Krater, 2 hydrothermale Hügel mit aktiven „schwarzen Rauchern" sowie einige diffuse hydrothermale Austrittsstellen. An den schwarzen Rauchern und den rauchenden Kratern wurden Temperaturen von bis zu 350°C gemessen. Die Umgebungsgesteine des LHF sind zu über 70% serpentinisierte Mantelperidotite sowie mehr als 20% Gabbros. Basalte spielen im LHF eine nur untergeordnete Rolle. Mit TV-Greifer und ferngesteuerten, unbemannten Tauchrobotern konnten viele Serpentinite, Gabbros und alterierte Sedimente aus dem LHF und der näheren Umgebung geborgen werden. In dieser Arbeit werden neue Spurenelement-, sowie Strontium und Sauerstoffisotopendaten von Serpentiniten, Gabbros sowie deren <2μm Fraktion (Ton- Fraktion) vorgestellt. Mit Hilfe dieser Daten ist es möglich die Zusammenhänge von Alterationsprozessen, Wasser-Gesteins-Reaktionen und Spurenelementvariationen zu verstehen. Die gesammelten Mantelperidotite sind zu >95% serpentinisiert. Die meisten Gabbros sind relativ frisch und zeigen kaum Alterationsspuren. Die Variationen in den Spurenelementen der analysierten Gesteine weisen auf große Unterschiede in den Alterationsbedingungen im LHF hin. Die Leichten Seltenen Erden Elemente zeigen eine starke Anreicherung in allen analysierten Serpentiniten, was auf starke Einflüsse der hydrothermalen Lösungen schließen lässt. Sauerstoffisotopendaten lassen auf Serpentinisierungstemperaturen von etwa 130-150°C schließen. Die Bildung von Chloriten in der Nähe von schwarzen Rauchern erfolgte bei etwa 150-200°C. Negative sowie positive Euanomalien in Serpentiniten deuten ebenfalls auf unterschiedliche Alterationsbedingungen: (1) Hochtemperatur Alteration unter sauren, reduzierenden Bedingungen sowie (2) Tieftemperatur Alteration unter Meerwasserbedingungen. Die Abwesenheit von Brucit sowie das Auftreten von Talk weist auf hohe Konzentrationen von SiO2 in den Fluiden hin. Petrologische Beobachtungen, HFSE Daten (HFSE=Elemente mit hoher Feldstärke) sowie das Verhalten der seltenen Erden legen den Schluss nahe, dass eine Interaktion der Serpentinite mit mafischen Schmelzen wichtiger Prozess in der Umgebung des LHF ist. Die Berechnung von relativen Anreicherungen und Verlusten von Haupt- und Spurenelementen ist ein weiterer Schritt um die verschiedenen Alterationsprozesse zu unterscheiden. Die Kombination von Serpentinisierung, hydrothermaler Alteration, Ozeanbodenverwitterung und Gesteins-Schmelze Wechselwirkungen ermöglichte deutliche Elementbewegungen. Die Serpentinisierung der Mantelgesteine war in erster Linie isochemisch. Nur der Verlust von CaO ist deutlich. Allerdings sind die meisten Spurenelemente stark in den Serpentiniten angereichert. Dabei sind die Elemente Cu, Ba, EU, Th und U besonders in Proben direkt aus dem LHF angereichert, was auf die hohe hydrothermale Aktivität zurückzuführen ist. Mafische Intrusionen scheinen dagegen eine Senke für Mg darzustellen, welches für die Bildung von Mg-reichen Tonmineralen benötigt wird. Des Weiteren sind die mafischen Intrusionen wichtige Lieferanten für SiO2, CaO und Na2O sowie viele Spurenelemente.
Publications
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(2005): Hydrothermal alteration in the high-temperature Logatchev vent field: implications for seawaterultramafic rock interaction. DMG Aachen, Berichte der deutschen Mineralogischen Gesellschaft, Beiheft zum European Journal of Mineralogy, v. 17, p. 7
Augustin N., Lackschewitz, K.S., Devey, C.W., Eisenhauer, A.
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(2005): Hydrothermal alteration in the Logatchev hydrothermal field: Implications from secondary mineral assemblages and mineral chemistry. EOS Trans. AGU, 86(52), Fall Meet. Suppl., abstract OS22A-02
Lackschewitz, K.S., Augustin, N., Devey, C.W., Eisenhauer, A., Garbe-Schönberg, D., James, R.
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(2006): The history of water-rock interaction at Logatchev hydrothermal field as stored in the secondary mineral paragenesis. Geophysical Research Abstracts, 8(02195), SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-02195
Augustin, N., Lackschewitz, K.S., Devey, C.W., Eisenhauer, A., Garbe-Schönberg, D., James, R.H.
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(2007). Alteration Processes at the Logatchev Hydrothermal Field: REE, HFSE and Isotope Signatures as Tracers for Water/Rock and Melt/Rock interaction. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung, Oct. 2007, Bremen
Augustin, N., Lackschewitz, K., Botz, R., Eisenhauer, A., Garbe-Schönberg, D., Kuhn, T., Paulick, H., Schmidt, M., and Devey, C.
