Sources and enrichment processes of metal(loid)s in submarine back-arc hydrothermal systems: A combined Se and multiple S isotope approach

Third party funded individual grant


Start date : 15.01.2022

End date : 14.01.2024


Project details

Scientific Abstract

Die steigende Nachfrage an kritischen und energie-kritischen Elementen in der High-Tech-Industrie verlangt eine sichere und beständige Versorgung dieser seltenen Rohstoffe. Aufgrund ihrer sehr spezifischen Anwendung können viele dieser (Halb-)Metalle nicht ersetzt werden und Lagerstätten mit wirtschaftlichen Anreicherungen treten nur in wenigen Ländern auf, was zu Versorgungsengpässen in der nahen Zukunft führen kann. Um die Versorgung dieser strategischen Elemente zukünftig zu sichern, müssen neue alternative Quellen erforscht werden, wie beispielsweise am Meeresboden.

Hydrothermalsysteme assoziiert mit Subduktionsvulkanismus führen einige der wichtigsten vulkanogenen Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) der Welt. Viele dieser VMS-Lagerstätten bilden sich in back-arcs, wo es am heutigen Meeresboden auch zum Auftreten von Massivsulfiden (SMS) kommt. Diese stellen einen modernen Analog zu den VMS-Lagerstätten dar, von denen einige Anreicherungen an (Halb-)Metallen (z.B. Cu, As, Se, Ag, Sb, Au, Hg, Tl und Pb) zeigen, die höher sind als in Lagerstätten an Land, die aktuell abgebaut werden. Viele dieser Elemente haben eine starke Affinität zu magmatischen Volatilen, es ist jedoch immer noch schlecht verstanden, wie die Entgasung von Magmen die Gehalte von (Halb-)Metallen in SMS und VMS Mineralisationen beeinflusst.

Das Ziel dieses Projekts ist die Quantifizierung des geochemischen Flusses in submarinen back-arc Hydrothermalsystemen von einer neuen 3D Perspektive. Hierfür soll der Einfluss von (1) magmatischen Volatilen, (2) unterschiedlichen Nebengesteinen und (3) Fraktionierungsprozessen von (Halb-)Metallen in der hydrothermalen Aufstiegszone auf die Zusammensetzung VMS- und SMS-Mineralisationen untersucht werden. Um diese Ziele zu erreichen ist eine kontinuierliche Beprobung von der Reaktionszone bis zum Meeresboden notwendig, was nur mit Bohrkernen aus ODP und IODP Expeditionen möglich ist. Wir haben entsprechende Bohrkerne identifiziert und zusammen mit Proben vom Meeresboden und aus fossilen Hydrothermalsystemen mit VMS-Mineralisationen vom Troodos Ophiolith lässt sich ein einzigartiger Probensatz zusammenstellen. Für die Zielsetzung des Projekts ist ein innovativer analytischer Ansatz notwendig, der (Ultra-)Spurenelemente mit Se und multiplen S Isotopen kombiniert, wodurch der hydrothermale Kreislauf von (Halb-)Metallen durch die ozeanische Kruste verfolgt werden kann, was neue Einblicke in die Quelle(n), sowie Fraktionierungs- und Ausfällungsprozesse von (Halb-)Metallen liefern wird.  Dies ermöglicht es letztlich neue grundlegende Konzepte für die wirtschaftliche Anreicherung von (Halb‑)Metallen in submarinen back-arc Hydrothermalsystemen zu entwickeln.

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