Opaque phase petrology and geochemical modeling as a guide to abiotic organic synthesis in the Mid-Atlantic Ridge 15°N area
Final Report Abstract
Wir konnten die Prozessabläufe bei der Serpentinisierung unter besonderer Berücksichtigung der Wasserstoffbildung durch phasenpetrologische Analyse und geochemische Reaktionspfadmodellierung insofern klären, dass petrographische und experimentelle Befunde sowie die Zusammensetzungen natürlicher Hydrothermalfluide nun modellhaft beschrieben werden können. Die niedrige Kieselsäureaktivität spielt bei der Serpentinisierung und der assoziierten Rodingitisierung eine entscheidende Rolle. Die Paragenese Serpentin-Bruzit- Diopsid puffert die Kieselsäureaktivität unterhalb von etwa 320-340°C (bei 500bar). Unter diesen Bedingungen kann die Serpentinisierung rasch erfolgen, denn es ist keine externe Kieselsäurequelle erforderlich. Bei der niedrigen Kieselsäureaktivität sind Fe-haltige Silikate nicht stabil, so dass die Bildung von Magnetit bevorzugt wird. Dabei wird Wasser gespalten und Wasserstoff (H2) freigesetzt. Unter den extrem hohen Wasserstofffugazitäten ist der primäre Pentlandit nicht stabil und entschwefelt zu Magnetit und Awaruit (Ni3Fe). Im Verlauf der retrograden Serpentinisierung nimmt mit steigender Stabilität von Fe-Bruzit die Wasserstofffugazität ab und somit die Schwefelfugazität zu. Diese Veränderungen im System werden durch die Ni- Phase im Fe-Ni-O-S System sehr detailliert aufgezeichnet. So wird Awaruit durch Heazlewoodit (Ni3S2) ersetzt, dem Godlevskit (Ni9S8) und Millerite (NiS) folgen. Lokal können die Schwefelfugazitäten so hoch sein, dass Pyrit den Magnetit verdrängt. In diesen Bereichen finden sich Polydymit (Ni3S4), Violarit (FeNi2S4) und Vaesit (NiS2). Bei 350°C stimmt die Entwicklung der Phasenvergesellschaftungen in Fugazität-Fugazitäts Diagrammen mit dem Verlauf der Isopotentialen für 1 mmol/kg H2S(aq) überein. Dies entspricht der H2S Konzentration von Fluiden in hochtemperierten Hydrothermalsystemen in Peridotiten, so dass die Fe-Ni-O-S phasen H2S in den Fluiden zu puffern scheinen. Rodingite sind mit Serpentiniten genetisch assoziiert und bilden sich bei Temperaturen von ca. 200-300°C. Triebkraft for die Rodingitisierung liefern primär die äußerst niedrigen Kieselsäure- und Protonenaktivitäten in den intergranularen Fluiden, die durch Serpentinisierungsreaktionen kontrolliert werden. Die Ca- Metasomatose, die Rodingite auszeichnet, hat nichts mit hohen Ca-Konzentrationen der Serpentinisierungsfluide zu tun. Vielmehr diffundiert Ca entlang von extrem steilen Gradienten in den Aktivitäten der gelösten Ca-Hydroxid Spezies, die im Serpentinisierungsfluid um drei Größenordnungen höher sind als im Intergranularfluid, das mit gabbroischen Gesteinen equilibriert ist.
Publications
- (2009) Fe-Ni-Co-O-S phase relations in peridotite-seawater interactions. Journal of Petrology, 50, 37-59
Klein F, and Bach W
- (2009) Petrology of rodingites: Insights from geochemical reaction path modeling. Lithos
Bach W, and Klein F
(See online at https://doi.org/10.1016/j.lithos.2008.10.022) - (2009) Serpentinized troctolites exposed near the Kairei Hydrothermal Field, Central Indian Ridge: Insights into the origin of the Kairei hydrothermal fluid supporting a unique microbial ecosystem. Earth and Planetary Science Letters, 280: 128-136
Nakamura K, Morishita T, Bach W, Klein F, Hara K, Okino K, Takai K, and Kumagai H
