Microanalytical characterization of the calcium isotopic composition of low temperature calcite veins in the ocean crust
Final Report Abstract
Calcit-Zemente in Basalten der Tiefsee-Ozeankruste bilden sich aus einem Gemisch von kaltem Meerwasser und warmen Hydrothermalfluiden in einem Temperaturbereich von ca. 0 bis 70°C. Derartige Niedrigtemperatur-Alterations-Calcite (LTA-Calcit) erwiesen sich in den letzten Jahren als erfolgversprechender Proxy für die Rekonstruktion der Meerwasser-Zusammensetzung vergangener Zeiten. Rekonstruktionen der Sr/Ca-Element-Verhältnisse basierend auf derartigen Calcit-Zementen zeigen einen signifikanten Trend seit dem späten Känozoikum. Die Anwendung als Proxy-Träger basiert auf der grundlegenden Annahme, dass die in den LTA-Calciten aufgezeichneten 87Sr/86Sr-Verhältnisse und d18O-Werte zuverlässig die Anteile von Sr und Ca aus der Basalt-Alteration anzeigen. Falls jedoch Calcium im Niedrigtemperaturbereich leichter als Strontium aus der Ozeankruste mobilisiert wird, können die aufgezeichneten Sr/Ca-Verhältnisse niedriger erscheinen, als es in der tatsächlichen Meerwasser-Zusammensetzung der Fall war. Mikroanalytische Calcium-Isotopen-Analysen mit Hilfe von SIMS (secondary ion mass spectrometry) in einem millimeter-großen, calcit-gefüllten Hohlraum zeigen einen Isotopentrend. Der Trend deutet auf eine Fluidentwicklung von einem Initialstadium mit reinem Meerwasser zu einem Endstadium mit Calcium das überwiegend aus der Basaltalteration stammt. Die deutlich unterschiedliche Isotopenzusammensetzung dieser beiden Calciumquellen erlaubt es, ihre relativen Anteile zu quantifizieren. Damit können die in den LTA-Calciten gemessenen Sr/Ca- Verhältnisse für zusätzliches, aus Basalt freigesetztes Calcium korrigiert werden. Eine Referenzkurve für die Calciumisotopie des Meerwassers, rekonstruiert aus publizierten Daten, stellt die für die Korrektur nötigen Isotopenwerte zur Verfügung. Der Kurvenverlauf zeigt eine hohe Variabilität der Meerwasser-Calciumisotopie im Phanerozoikum, mit einem generellen Trend von niedrigen Werten im frühen Paläozoikum zu hohen, aber variablen Werten während der Kreidezeit und dem Känozoikum. Wir empfehlen die Verwendung von Calciumisotopen als Indikator für Basalt-Alteration, um die Anwendung von LTA-Calciten als Proxy-Träger zu verbessern. Mikroanalytik von unveränderten Calcitphasen, die aus ursprünglichem Meerwasser abgeschieden wurden, dürfte die zuverlässigsten Proxy-Daten liefern. Alternativ können Calciumisotope verwendet werden, um eine Korrektur für durch Niedrigtemperatur-Alteration zugefügtes Calcium durchzuführen. Dies sollte allerdings auf Proben beschränkt werden, die aus einem Meerwasser-dominierten Fluid gefällt wurden.
Publications
- (2017): Calcites from Ocean Crust Basalts: Reliable Proxy Archives? EGU General Assembly 2017, Vienna
Böhm, F., Eisenhauer, A.
- (2017): Calcium Isotopes as Tracers of Ocean Crust Alteration: Implications for Proxy records. Goldschmidt Conference 2017, Paris
Böhm, F., Rocholl, A., Wiedenbeck, M., Liebetrau, V., Eisenhauer, A.
- (2018) Cretaceous seawater and hydrothermal fluid compositions recorded in abiogenic carbonates from the Troodos Ophiolite, Cyprus. Chemical Geology 494, 43-55
Weinzierl C., Regelous M., Haase K., Bach W., Böhm F., Garbe-Schönberg D., Sun Y., Joachimski M., Krumm S.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.07.014)
