Mechanism of formation and evolution of metalliferous sediments in an off-axis hydrothermal environment (example of the Costa Rica margin, Equatorial Pacific)
Genèse et évolution des sédiments métallifères en contexte hydrothermal hors axe (exemple des dépôts de la marge du Costa Rica, Pacifique Equatorial).
Résumé
The studied samples are from gravity cores recovered during the Ticoflux II expedition offshore of the Pacific coast of Costa Rica in 2002. They were collected on the north-western slope of a seamount called “Dorado”, which is an area of diffuse low-temperature hydrothermal activity. The study is focused on core GC50 composed of altered hemipelagic muds containing detrital clays and authigenic minerals such as zeolites, Fe/Mn oxides, and phosphates.
The mineralogical (XRD, SEM, TEM-EDS) and geochemical (major and trace elements, Rare Earth) characterizations of the newly formed minerals in GC50 sediments allowed to distinguish two alteration phases. A first phase of diagenesis. This first step was followed by the precipitation of apatite and Mn and/or Fe oxides, which all are most abundant close to the basalt-sediment contact. Neodymium and strontium isotopes, as well as REY distribution patterns, allowed to determine the nature of the fluids that led to this second phase of alteration. All these data suggest an interaction with an upward flowing low temperature hydrothermal fluid which has not significantly exchanged with the basalts during its preceding circulation within the oceanic crust.
A more detail study (EXAFS, HRTEM) of the samples rich in Fe/Mn oxides allowed to propose a model for Mn oxides formation and evolution, in this off-axis hydrothermal context. This model demonstrates that the formation of todorokite (tectomanganate), which is an ubiquitous mineral phase in marine environments, requires the presence of a precursor, which is vernadite (phyllomanganate) in the present case.
The mineralogical (XRD, SEM, TEM-EDS) and geochemical (major and trace elements, Rare Earth) characterizations of the newly formed minerals in GC50 sediments allowed to distinguish two alteration phases. A first phase of diagenesis. This first step was followed by the precipitation of apatite and Mn and/or Fe oxides, which all are most abundant close to the basalt-sediment contact. Neodymium and strontium isotopes, as well as REY distribution patterns, allowed to determine the nature of the fluids that led to this second phase of alteration. All these data suggest an interaction with an upward flowing low temperature hydrothermal fluid which has not significantly exchanged with the basalts during its preceding circulation within the oceanic crust.
A more detail study (EXAFS, HRTEM) of the samples rich in Fe/Mn oxides allowed to propose a model for Mn oxides formation and evolution, in this off-axis hydrothermal context. This model demonstrates that the formation of todorokite (tectomanganate), which is an ubiquitous mineral phase in marine environments, requires the presence of a precursor, which is vernadite (phyllomanganate) in the present case.
Les échantillons étudiés proviennent de carottages effectués lors de la campagne en mer Ticoflux 2 au large de la côte ouest du Costa Rica, en 2002. Ils ont été prélevés sur les pentes nord-ouest du « Mont Dorado » : une zone où des décharges diffuses de fluides de faible température ont été localisées. Nos données ont été focalisées sur la carotte GC50, composée de boues hémipélagiques altérées présentant des argiles, des zéolites, localement des oxydes Fe/Mn, ainsi que des phosphates.
La caractérisation minéralogique (DRX, MEB, MET-EDX) et chimique (majeurs, traces, terres rares) des nouvelles phases minérales formées in situ dans le sédiment GC50 a permis de mettre en évidence deux phases d'altération. La première phase consiste en un processus de diagenèse précoce. La deuxième phase d'altération engendre la précipitation d'apatites et d'oxydes Mn/Fe essentiellement localisés près de l'interface sédiment-basalte. Les données de la géochimie isotopique du strontium et du néodyme, ainsi que la distribution des spectres des Terres Rares, ont permis de préciser la nature du fluide à l'origine de la seconde phase d'altération. Ces marqueurs géochimiques suggèrent la décharge d'un fluide hydrothermal de basse température ayant très peu interagit avec le basalte lors de sa circulation dans la croûte.
Une étude plus poussée (EXAFS, METHR) sur les échantillons riches en oxydes Mn/Fe a permis de proposer un modèle de formation et d'évolution des oxydes Mn, dans ce contexte hydrothermal hors axe. Ce modèle démontre que la formation de todorokite (tectomanganate), minéral ubiquiste en milieu marin, nécessite la présence d'un précurseur, ici la vernadite (phyllomanganate).
La caractérisation minéralogique (DRX, MEB, MET-EDX) et chimique (majeurs, traces, terres rares) des nouvelles phases minérales formées in situ dans le sédiment GC50 a permis de mettre en évidence deux phases d'altération. La première phase consiste en un processus de diagenèse précoce. La deuxième phase d'altération engendre la précipitation d'apatites et d'oxydes Mn/Fe essentiellement localisés près de l'interface sédiment-basalte. Les données de la géochimie isotopique du strontium et du néodyme, ainsi que la distribution des spectres des Terres Rares, ont permis de préciser la nature du fluide à l'origine de la seconde phase d'altération. Ces marqueurs géochimiques suggèrent la décharge d'un fluide hydrothermal de basse température ayant très peu interagit avec le basalte lors de sa circulation dans la croûte.
Une étude plus poussée (EXAFS, METHR) sur les échantillons riches en oxydes Mn/Fe a permis de proposer un modèle de formation et d'évolution des oxydes Mn, dans ce contexte hydrothermal hors axe. Ce modèle démontre que la formation de todorokite (tectomanganate), minéral ubiquiste en milieu marin, nécessite la présence d'un précurseur, ici la vernadite (phyllomanganate).