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TitreHigh-temperature kinetic isotope fractionation of calcium in epidosites from modern and ancient seafloor hydrothermal systems
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AuteurBrown, S T; Turchyn, A V; Bickle, M J; Davis, A C; Alt, J C; Bédard, J H; Skulski, T; DePaolo, D J
SourceEarth and Planetary Science Letters vol. 535, 116101, 2020 p. 1-10, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116101 Open Access logo Accès ouvert
Image
Année2020
Séries alt.Ressources naturelles Canada, Contribution externe 20190199
ÉditeurElsevier
Documentpublication en série
Lang.anglais
DOIhttps://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116101
Mediapapier; en ligne; numérique
Formatspdf (Adobe® Reader®); html
Sujetssystème hydrothermal; expansion océanique; dorsales médio-océaniques; dynamique des fluides; etudes isotopiques; rapports isotopiques; calcium; rapports strontium-strontium; analyses thermiques; temperature; cristallisation fractionnée; épidote; péridotites; ophiolites; croûte océanique; modèles; sulfate; géochimie de l'eau de mer; précipitation; silicates; gisements minéraux; genèse des minerais; Méthodologie; pétrologie ignée et métamorphique; minéralogie; géochimie; géologie économique; Sciences et technologie; Nature et environnement; Phanérozoïque; Cénozoïque; Quaternaire; Mésozoïque; Crétacé; Paléozoïque; Cambrien
Illustrationstableaux; graphiques; modèles
ProgrammeInitiative géoscientifique ciblée (IGC-3), 2005-2010 Appalaches IGC-3
Diffusé2020 02 12
Résumé(disponible en anglais seulement)
Calcium isotope ratios in epidote from epidosites in ophiolites of varying Phanerozoic ages have 44Ca/40Ca ratios that are lower by 0.1 to 0.6 per mille relative to typical mid-ocean ridge hydrothermal fluids. Epidosites are inferred to form in high-temperature parts of seafloor hydrothermal systems at temperatures above 300°C and where fluid fluxes are high, so the Ca isotopic composition of the epidote is likely to reflect fractionation during growth of crystals from aqueous solution. Available Ca isotope data from MOR hydrothermal vent fluids and mantle peridotites constrain the delta-44Ca of likely modern hydrothermal fluids to a narrow range at delta-44Ca= -0.05 ± 0.1. A reactive-transport model is used to evaluate whether the delta-44Ca of hydrothermal fluids might have been higher during the Cretaceous and Late Cambrian, the ages of the Troodos, Oman, and Betts Cove ophiolites from which we have data. For these calculations we use the epidosite 87Sr/86Sr as a guide to the extent of Ca isotopic exchange that affected the ancient hydrothermal fluids, which were derived from seawater with higher Ca and Sr, and lower sulfate concentration, than modern seawater. The calculations suggest that the ancient hydrothermal fluid delta-44Ca values were not much different from modern values, with the possible exception of the Late Cambrian example. We infer that the epidote-fluid Ca isotope fractionation averaging delta-44Ca= -0.2 to -0.6, is most likely due to kinetic isotope fractionation during mineral precipitation. There is evidence from the literature that hydrothermal epidote may commonly form from oversaturated solutions, which makes the kinetic isotope interpretation plausible. The equilibrium epidote-fluid Ca isotope fractionation is estimated to be delta-44Caeq approximately equal to 0 based on recently reported DFT calculations. Our results suggest that kinetic calcium isotope fractionation can affect hydrothermal silicate minerals, and may be only slightly smaller in magnitude than the effects observed in Ca-bearing minerals at low temperature. Kinetic isotope effects during mineral growth could provide new insights into the formation mechanisms of hydrothermal silicate minerals.
GEOSCAN ID315454

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Date de modification :
2021-03-02

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