Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic...

185
Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften am Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen vorgelegt von Frieder Klein Bremen, 2009

Transcript of Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic...

Page 1: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Petrology of Serpentinites and Rodingitesin the Oceanic Lithosphere

Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades

der Naturwissenschaften

am Fachbereich Geowissenschaften

der Universität Bremen

vorgelegt von

Frieder Klein

Bremen, 2009

Page 2: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Referent: Prof. Dr. Wolfgang Bach

Koreferent/in: Prof. Dr. Cornelia Spiegel

Tag der mündlichen Prüfung:……………………

Zum Druck genehmigt: Bremen,.......……………

Der Dekan

Page 3: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere
Page 4: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Erklärung

Hiermit versichere ich, dass ich

1. die Arbeit ohne unerlaubte fremde Hilfe angefertigt habe,

2. keine anderen als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe und

3. die den benutzten Werken wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solchekenntlich gemacht habe.

Bremen, den

Page 5: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Anmerkungen des Verfassers zur vorliegenden Dissertation

Die vorliegende Arbeit stellt zwar eine monographische Dissertation dar, die einzelnen

Kapitel, denen die Einleitung vorangestellt ist, sind jedoch bezüglich ihres Aufbaues so konzip-

iert, dass sie unabhängig voneinander publiziert werden können bzw. publiziert sind. Durch

diesen Umstand ist es zu erklären, dass jedes Kapitel nochmals eine eigene Einleitung, Diskus-

sion und ein Literaturverzeichnis enthält. Auch beim Schreibstil, dem Umfang, der Verwend-

ung von Abkürzungen sowie der Formatierung von Abbildungen und Tabellen wurde Bereits

den Anforderungen unterschiedlicher Fachzeitschriften Rechnung getragen. Diesen Umstand

möge der Leser berücksichtigen.

Bremen, März 2009

Frieder Klein

Page 6: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Table of Contents

Zusammenfassung 1Abstract 3Prologue 5Outline 8

1. Introduction 11 1.1. Serpentinized peridotites at mid-ocean ridges 11 1.2. Serpentinized peridotites at active oceanic margins 14 1.3. Hydrothermal systems and serpentinized peridotites 14 1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization 16 1.4.1. Serpentinite textures 16 1.4.2. Serpentinization - an isovolumetrical process? 17 1.4.3. Some crystallographic basics concerning serpentine 18 1.4.4. A note on the mineral chemistry of serpentine and its value as a geothermometer 19 1.4.5. The MgO–SiO2–H2O (MSH) system 19 1.4.6. Redox conditions during serpentinization 20 1.5. Rodingitization 24 References 25

������������ ��������������������������� �������������������� � � �� Abstract 37 2.1. Introduction 37 2.2. Geological setting 40 2.3. Analytical methods 41 2.3.1. Microscopy and electron microprobe analysis 41 2.3.2. Thermodynamic calculations 42 2.4. Results 46 2.4.1. Petrography 46 2.4.2. Mineral chemistry 51 2.4.3. Phase diagrams 54 2.5. Discussion 59� � �������������� �!��������������������"!����#������"������$�� � �� %#�����&����������� � � � � � � � � �' 2.5.2. Redox conditions during serpentinization 60 2.5.3. Redox conditions during steatitization 61 2.5.4. Implications for a potential H2S,aq buffer in serpentinite-hosted hydrothermal systems 62

Page 7: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2.5.5. Sulfur metasomatism 63 2.5.6. Possible existence of a free H2-rich vapor phase 66� ���������#����� � � � � � � � � �*�� ��*��+�&������/�"����� � � � � � � � �: References 69

3. Iron Partitioning and Hydrogen Generation During Serpentinization of Abyssal��������������$��"���;���������<��+���������/��� � � � � *: Abstract 78 3.1. Introduction 78 3.2. Analytical methods 81 3.2.1. Microscopy and electron microprobe analysis 81 3.2.2. Mößbauer spectroscopy and magnetization measurements 82 3.2.3. Geochemical modeling 82 3.3. Results 85 3.3.1. Petrography 85 3.3.2. Mineral compositions 87� � �������<=>@�#����!��������!B�����@#�&�"�/���C����� � � '� 3.3.4. Geochemical reaction path modeling 92 3.4. Discussion 103 3.4.1. Serpentinization at Hole 1274A and geochemical reaction path models 103� � ��E�������/�/�������� �!���������"@��/����#��/����!����C����� �FE 3.4.3. Fe+2���+3 exchange equilibria in serpentinites 104 3.4.4. Geochemical reaction path modeling and serpentinization experiments 106 3.4.5. The formation of brucite and serpentine in mesh-rims 108� ���������#����� � � � � � � � � ���� �����+�&������/�"����� � � � � � � � ��� References 113 Appendix 119

E��L���!������/B��$����%��������/���N����/����$��"�/�����"������������!��� modeling 120 Abstract 120 4.1. Introduction 120 4.2. Method 122 4.3. Results 126 4.3.1. Reaction path models 126 4.3.2. Phase diagrams 137

Page 8: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

4.4. Discussion 138 4.4.1. Modeling of rodingitization 139 4.4.2. The critical role of aqueous silica 141 4.4.3. Mass transfer by diffusion or advection 142� � E�E�E������������������������"�Q�U#����"�Q����������� � � �EE� � E�E����+�����!�����V��������������$��/����"!����#����%#� circulation? 145� E��������#����� � � � � � � � � �E�� E����+�&������/�"����� � � � � � � � �E* References 148

��� ��!����C���������������W!��������������X����YB�������"�������[�������������������/�N����/��������������/���$�����X�����B�������"���%#�� supporting a unique microbial ecosystem 155 Abstract 155 5.1. Introduction 155� �����\����/����@��&/��#��� � � � � � � � ��: 5.3. Analytical methods 158 5.4. Petrography 159 5.5. Discussion 161 5.5.1. Origin of the high H2�����������������XY��%#��� � � ���� � �������L�����������������������������]��@���V����������"������ � ���� � ��������+��B@���"������$�XY��V����%#�����"���B� � � � ��*� � ����E���"!��������$�������"��������������������� � � � ��:� ���������#����� � � � � � � � � ��'� ��*��+�&������/�"����� � � � � � � � ��' References 171

^��&��/#�/� � � � � � � � � � � �*�

_����������!!��������$����!������������������"!������&�`^j

Page 9: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

1

Zusammenfassung Die Serpentinisierung von Peridotiten erzeugt große Mengen von Wasserstoff. ^��������#���������w���C�V����]���{�/��#�/���#��������$����"��� #�Q���[����C�|��+���#�� #������������[� @���/���}�������W����� � C������/���_���� ����V�� C#��������/�"�_������<�/�����#��� ��!������^�"����!����������"=/���������_�@�#�von Sauerstoff in Magnetit und Serpentin die Freisetzung von Wasserstoff. Wir haben ����"��B��"�����^�����V�����]�]�]�] ��������C#��""��/����/���#���������|�-ziehung in fO2,g–fS2,g und aH2,aq–aH2S,aq Diagrammen für Temperaturen von 150 bis EFF�;�#������"�^�#�&�V����F�<������/���������^��|�C��#�/���#���~#��""�����-C#�/���������]�]�]�] ���������#������#�/�������[�#"������#�/������� �#�����$$��#��� ����$��$#/�C�w����@��$��������������� ��!�������#�/�#��� ��������#�/�V���#����"�Q������\������������<�������������������&����`��;�F��������#���~���[����-���^����/����/��"�`�^�j[�{�/��F'j�����V���C�����C#�&=������^��!����/��!�������Beobachtungen offenbaren eine systematische Abfolge von Mineralvergesellschaftungen ��+@�w�//&��� C#"� ��!�������#�/�/���� ���� \�������� ^�� ����/������+���#�� ��Pentlandit + Magnetit bildet sich in partiell serpentinisierten Gesteinen. Die Paragenese <���������B��������B�B"�� ��/�/���@����� ���� �� �������������\���������+���#���#�����#������>������|�#C��$��������� ��!��������@��@���������$$����������$���������#$$��#�/�V�������/���X�����w#���&�V�w����C#��������C#�/�/��>���<��/���}��-������$$��#�����"��C#�� ��@����#�/�V���+���#���~#��""���"������_�������$��#�/�V����������������� #�Q���#����"�\���������$�������"�\�/�����C���C#�$�����������-�=�����X�����w#���&�V�w����#��� ����$��$#/�C�w�����w���������� ��������#�/�C#�� ��@����#�/�V��������$��������� #�Q���[����C�|�����B�B"��#��� $������{=�#�/���V����B���#��������[������#$����V����/��������#&����&�!�Cw������\�������C#���&-C#$������ ���� |�� ������ |���/#�/��� ������� ��� #�Q��� ����� ��������$���[� ���������#�/�$w���[��������C��������C#����"�+����/����� ����$��/��������"�\������$������^��_����&�#�/�V���fO2,g und fS2[/��w���������� ��!�������#�/�$��/�������Y2S,aq Iso-!�����������#�����"����!����������/��������"#�#�/�����[��������� ����$��$#/�C-�w��������YB�������"��%#�����#����"�Q������ B���"���/�!#$$����������� � ^�� ������C#�/� V��� }��������$$� �w������ ���� ��!�������#�/� ��� �� ����"�<�>��V�������\���"�/������C#��""�����C#�/[�V�"�}������\�����������w����� #�������L�"!����#���@�w�//��^����|�C��#�/���@������#�����~#��$����"��V���/�����-"���������&����!$��"��������̀ "�����������"!#���!��/��""��_��U�j�$����#�������und harzburgitische Gesteinszusammensetzungen untersucht und die Modellergebnisse "�� <&���������� #��� <=>@�#����!�&����&�!������+���B���� V��� !������� @�� ��� C#�&�"!��������!�����������^#�����#���Y��C@#�/���������^��{�/��F'�V��/�������^��\����������������������&����������+@$��/��V���<�����V��/���������$�#�/�����<�-������w������ �#$�� ������� ���������~���� �����<������������[� ������� ������������ C#���V�[�@�Q���������|�#C��`</��:Fj��������#>��������>����������~����V��� ��!�����`</�'�j���|�#C����<�/�������[�����"�w#>�������<�����������V��� ��!�������<�/-������@/��=�����������^�"w����"�����/�<�/�������$�������<=>@�#����!�&����&�!-������������#��#�/���$���!���"�/�����������������<�������w��������+3U����}�����V���F��F�@��F�E:�� ��� ����&�@��&�"!����� ���!�����������\�������[����V���<�/�����enthalten, sind die Fe+3U����}���������!���"�/������������������#������=����`F����@��F��:j���������_��U��<���������#��������_������/������\��������#�����+3-Serpentin @����&����/�[�#"����_���V�����#�/�C������� ��!����[�|�#C��#���<�/����[����������W��������#$��V���_������ ��!�����@������#�����#�����C#�&=�������������<�-

Page 10: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2

���������#�/���C�/��[�������@�����@������L�"!����#��V������F�;�#���}������&�V�w-����#"����[����{=�#�/�V�����V��#������/����C��/��|��#�/�V��� ��!����[�<�/��-���#���}��������$$������W������X�����w#���#�����@���/���|��������L�"!����#�����������}��������$$�&�V�w����C#�/���/[�#"����|��#�/���������/������������������+���#��C#���"=/������� �@�������L�"!����#��#�������F]��F�;���&�[�����|�#C�����@��#������_�����#�/�V���}��������$$�����������[����������&����V�����V��C#� ��!����[�<�/�����#���|�#C��&�����W������X�����w#���#�������$��������^��+#�����#�/�����<�������/�@-nisse und deren Vergleich mit MgO–FeO–Fe2O3–SiO2–H2O Phasenbeziehungen in Ma-������w������������#$�|��#�/���"!����#�������� ��!�����#�������|�#C�������|���#�/���*E+�V���������F�@����F�;�����^��@�����������}������\������V���w���������/���C������� �� #��� F���� ^��+#�����#�/� ���� !����/��!������� #��� !�����!������/������+���B����C�/�[�������w���������� ��!�������#�/�|�#C��/�@���������@�V��� ��!��������@�������|�#C��@����� ����"������@�� �#$�X������V�����V�� "� ��@��w��$����V��� ��!����[�@���������"��B��"�����L��@&��$��$������|��#�/���������/������ ��!�������|�#C���#���������/��>� ����������� �#���C�/����#����[������������&�����@$��/���w���������� ��!�������#�/�"�^�������$��������������&���[������"���!����/��!�-����[�"�/��������#����!�&����&�!�����������#��#�/���"��#"$�������������"��B��-"������<�������#�/�&�"@����� � �"���#��_�&����������@������|��#�/�V�������/�����������\���C%w����V���"�Q������#���#����"�Q������\��������C#�/������[���@����������"��B��"�������-�&����!$��"��������#$/���������L���"��B��"��������&����!$��"���������"=/���������#�����������/��#�/���V�����#��\�������\����/��������"�~#/����������/���-�#�/�@����������V���C�����C#�&=������LB!�����������V��/���������$�#�/���������/-����̀ \����#������̂ �!����������j��������$���L�"!����#����V����FF�#����FF�;�V�����-/���/���^�������/���������$�#�/��������������������/���#������[����������#��&�#"�V������&������"��\�@@���@���%#���������<��C#���"������������&����C������� ��!��-�����#�/�%#��#���\�@@���w�������������������V��/���������$�#�/���V���\������#���X���!B��W���C#��������#���L��"����@C���_!����#���L��"������������|������#�/���C�/����������[���������|��#�/�V���<�����V��/���������$�#�/���#����������w#"�-����������#�/��������@�V�������/���������C���@������V����/����V����������\��-���������������������#���X�����w#���&�V�w������������w�������/����@��������^���<����������$���V���X��C#"�������������������#����^$$#����������Y+ Spezies ��"=/����[����������������X��C���������/��������������� !�C�����������\���C��V���"�Q������C#�#����"�Q������\�����������������������/����/���������X��C#"$����[������� ��@��w��V���\������#���^�!���@������/���X�����w#���&�V�w����@�/����/����� � ^����#�������X����YB�������"��$������`XY�j�`~�����������������&��j���-���������X��C�����������V���}��������$$�#���X�����w#��[���������&������Y4UY2 ����w������#$��_���"=/�����_�&�w�#�/�$������#�/��=�������~#��""�����C#�/�������#�������XY������������������&����V���<����������"��L��&������[�����������w���des KHF vorhanden sind, dar. Petrographische Untersuchungen offenbaren, dass Olivin ��������@��V�����w��/����!����������#���[������#$����_������#�/�V���}��������$$����������������<����������#�/���C�/��[���������������}��������$$��#���X�����w#-��&��C���������������YB�������"��%#����#$���� ��!�������#�/������������w�������XY��@�Q��������L��&������#��������������>������B�������"����+���������"��|������#�������@�����XY��"=/����������C#���&C#$����������

Page 11: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3

Abstract Serpentinization of peridotite generates large amounts of dihydrogen (H2,aq), in-�������@B�����!���������$��]�������B�����������#�$#��$#/���B��#�Q���[����/������#�������!���������[������!���������YB���/�����!���#���������$����#����������V������W�C���@B������� ���$�������������������B�"�/�������������!�������}����V����"-!���������V��#���������"��B��"�������$�����]�]�]�] �!������������"!#����!�����relations in fO2,g–fS2,g and aH2,aq–aH2 [�����/��"��$�����"!����#����@���������F�����EFF�;�����F�<����}��#����������������������"!��������$���]�]�]�] �!���������trace changes in oxygen and sulfur fugacities during progressive serpentinization and ������C������$�!���������$��"�����<��+���������/����������;�F��������#���~���������`������^����/����/��"[�{�/��F'j�������/��!����@���V������ ����������B���"-��������/��$��"�����#�����"�/��������!�����������������C�����������"�/��������pentlandite assemblages forming in the early stages of serpentinization to millerite + !B������!��B�B"�����"����������"@��/����������C������&���+���#������W��#�V��B��@���V�����@�#����@����/�!����B����!����C������&���+!!������B[�@#$$���/��$��������-�V�����������V��#���@B�����!���������$�@�#����$�������������$��"������$����/���"�#�����$��B���/��[������ ������ ��� ����$��"������$�����#����+������������� ����!��"��������#�$#�C������$�!���������[��#�Q�������"�V���$��"��������&��#��/�������������/��of serpentinization. In contrast, steatitization indicates increased silica activities and that �/���#�$#��� $#/���B� �#�Q���[� �#��� ��� !��B�B"��� ���� !B���� �� V������ ����� ���#���[�form as the reducing capacity of the peridotite is exhausted and H2 activities drop. Under ��������������[��#�Q���������������#�$#�C��@#��!���!��������������#�$#�����������$��������&�����������L�������V��#�����$�fO2,g–fS2[/��������B���"�$������������!���������$�H2S,aq, indicating that H2 ���V����%#�����@#$$�����

� YB���/���/����������#��/����!����C������������/�B���!����������@#�&����&���"!�����[�������������&������������"!����#����L��������������������W�"����������-"��B��"����������!����"������`#��/�����_��U����"!#��������j������#�����������-C@#�/������&���"!��������L���"��������#�����������"!������������������"���!��@������B���[�@#�&�"�/���C�����"���#��"����[�����<=>@�#����!��������!B��$�!������B����$#��B����!����C����#������������C@#�/����$��"�������^����/����/��"�{�/��F'[�<��+���������/����;���L�������"!������V��"�����"���������V�������������������#��C��-�/[�������/�����@�#����`</��:Fj������������$����������V��[��������C�����$����!������`</��'�j���@�#������"�/�����[�����Q����B����!��������"�/�������������#���"����"�����"�������"���������!�����"�/�����[�<=>@�#����!��������V��������+3U����V��#���@�-������F��F�����F�E:�$���!���"�/�����"�������������"�����"���������V�B������"!�����B����!����C������&�������@#������"�/�����[���+3U����V��#����$�����!���"�/�����!��������������������B��/�����������/��$��"�F�������F��:���������_��U���#��[������!�����������solution model that includes greenalite and Fe+3����!����������#�������V���/���/���������@#�����$�����@����������!����������"�/��������������W�����������������!��-������#��"�������"!#�������!������������@�V����F�;��������������V���������#��B[�the dissolution of olivine and coeval formation of serpentine, magnetite and dihydrogen requires an external source of silica. At these temperatures, hydrogen fugacities are too ����$�������#�������!�������������@�����@����}������"!����#�������!�@�������F]��F�;[�@�#����@���"������@��������B���/���/�����������$��������[�@���#����������������$�olivine to serpentine, magnetite and brucite requires no external silica. The MgO–FeO–Fe2O3–SiO2–H2O phase relations observed in the mesh rims indicate that serpentine and @�#����$��"�Y������*E+��&��B�$��"��������"!����#����@���������F�������F�;�������-

Page 12: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

4

����������&�������@�������������F����_V��#���/�����!����/��!�������!�����!������/�������#�����������������@�#����$��"�������B�"������@������������@��B�Q�����$����!������#������������"��B��"����V�/�$�����$������!������$��"��������#$Q�����������@�C��the assemblage serpentine + brucite. Our study indicates that unprecedented details about the reaction sequences during serpentinization may be obtained from merging careful !����/��!��[�"�/����[������!��������!������B����������"!������V������"��B��"��modeling.

� L���"��B��"����������!����"������������!!�������!��V�����/������������$��"������$� ����/�������"�Q�U#����"�Q��@�#��������L���"����������� ����#!� ��� �-V���/���� ���� ��$��� �� %#�]���&� ��#�@��� ��� %#��� "�V�� $��"� !�������� #����/��/�serpentinization into a gabbroic body. Phase assemblages typical of rodingite (grossular ����!�������������j�����!�����������$��"�����FF�;������FF�;[�@#�����B�������������������%#�������������B�#��$$������@B��������������/�@@����+������%#��@���"���"�����$$������@B������������������/�@@��[�!�����������!����������!�����/�������������"�����replaces clinopyroxene. Our model results support the hypothesis that rodingites form �#��/����!����C������������B���������������%#��������������@B����!����C�������-actions are present. Our calculations further indicate that the formation of mineral as-��"@��/������� �!�����"������/����V���@��B������ ����/���� $��"� ����������%������"���B���V���@B�����!����V�B�/����������!�������������#��#���������!����%#����<���������$����$�����#"����&��B�@B��$$#�����$�������Y+��!����[��������!������������������V��B�����!��������������/����������������"�Q�]#����"�Q��@�#����B������/-���������������#"����!��@���#����$�����/��������@��B��$���!��������/������������������activities.

� L���V����%#����$� ����X����YB�������"�������� `XY�j���� ����������� ��������/����V���/�����������������$��B���/�����������[�����������Y4UY2 ratio. We sug-/���� ����� ���������� �$� ��������� ���� ����������� ����V����� ����� ���� XY�[� !��V���� ��!���@����W!��������$��� ������"!�������$� ����XY��%#���������/��!�B���V������ �������V�������!����B� �����"!�����B����!����C��[� ������/�����/����������$�Y2. Model calculations predict that high H2����� ����������������$������B�������"���%#�������@��attributed to serpentinization of the troctolites and subsequent hydrothermal reactions ����@���������������&��#���������XY��

Page 13: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5

Prologue

� �����"�Q�����&��"�&��#!�����_���������������!������������/��!������$���������-�!������_�����"�/"���������������!��������������$������������&������������������#�$����������"�Q�����&�������$�#��� �� ��B����� ���#������$� �����������������#��� `+��w#����[��'*�j[����!�������`��/�[�+@�������������[��':'��+��W����������Y��!��[��''������"��[��'����_V��������L��""����$$[��'*F���B���������[��FF:��{�#����[��'*���{�#�����_����[��'*'��������������Y��!��[��'::�����������������[��'*Ej[�����/�"����������/���`��/�[�+#-"���������{�#@��[��'*���|����������[��FFE��|������������[��'*E��������������[��''��������������[��':*�� ����[��'E'j[�������"��/���`��/�[�+/�����������[��''���|������������[��':'j�������$�������������/��`��/�[�^�+����������X��������[��FFE����B�������<����[��''���������������[��FF��� �&��������[��''Fj�� ����������B����#!!�����#�������V��������Q����B���������#�$���[�#����"�Q�����&��#�-���/�������/������B�������@B��Q������/��������L����B��������$���V�������!��������`���C@#�/��[�����C����������#���j[�����"�����@#������#����"�Q�����&[����������"!���-�#���������������������#�������V������#������"������������!��V��V����!����"�����$���V������������!B��W����@B�����"@��/�����"������@B����!������/��#!�"�������`���"��[��'������������[��'�:��<B������������[��'�'��<���B[��'*�����/�[��'�*���������[��'*'�� ��$���[��':���}�&������}����&��[��'**j� Serpentinites contain minerals and mineral assemblages that occur almost no-��������������_�����`����������|����[��FF*j������������������!������/��#!�"������[�the alteration assemblage consists mainly of magnetite, and brucite or talc (depending on !����������"!������������"!����#��j[������������"�����"�#�����$����"����[��������[���!�������U����B���/����������������B����������#�$#���#�Q�������"@��/��[���/�[����-�#��[�������[�!�����������������C��������[������������������B�$�#�����"��������[���-�#�����������"�#���������!��������`+�@�������������[��'*:��^�&[��'*E��_�&������[��'*��������[��':�����&��[��'�'����"����[��'�Fj�� L���"������/����!��#��������$����!��������������%������@B����������������$���������/�%#����������!������������$�����"�����W���"��/�����"������V���"��������_������YB�������"����B���"���%#������@B����!����C������������������C���@B������/�B�reducing conditions, caused by the generation of copious amounts of hydrogen during ���������&�������������YB���/������#�����2 to methane, and both gases are extremely �������������!����C�����%#�����������/����!Y�$��"�������/����"!����#������������������"!����#��[�������V��V��B�������������V����̀ +@�������������[��'::��+��������� �B-$���[��FF���|������������[��'�*��^�#V����������[��FF��������[��':�������������|����[��FF*��<�����"�����|���[� �FF'������� ���� ���/��[� �':�j��+��V�� ���!����C����� �B���"����V��@����$�#�����@���������������`��/�[���������/������ �"����!�������`|������������[��'*:jj�����������������/��`��/�[�{�/�����V�`|�/����V�������[��''*j[����@���`��#-�#���������[��''*j[�{�����B�`X����B�������[��FF�j[� �#�����"��������"�#���`<�����������[�2003)).

Page 14: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

6

� �������!����������[���������@��������������������"���@���/B����������@���/B�communities arose in serpentinization because the high H2�����Y4 concentrations can support microbial communities in surface and subsurface environments of such ultramaf-����������B�������"����B���"��`��/�[�+������� ���&�[��'':��+���������[��FF*��X����B�������[��FF���<�����"[��FF*����������������[��FF���L�&��������[��FFEj��L�����"�����/���"���������"������#�����!���`���B�QW����/�������@���#��/��@������#������$��������������chemical energy) that thrive independent of photosynthesis and have served as analogue �$��B���"�������������$��"�B���V���V��V������_��������������!�������`��!�����������[��FF���<�����"�����|���[��FF'��<�����"[��'''�� ��#����������[��FF��� ��V��������<�X���B[��''���L�&��������[��FFEj� Serpentinization also affects global geochemical and geodynamic processes, as it ������"�����������$����������#@�#���/����@��`X����&[��FF��������$��������������j� Serpentinization has a large impact on petrophysical characteristics of the oceanic �����!���������������������&���$��"������W!��"�����`_��������������[�`�''*j��L�����authors propose that the presence of serpentinite can reduce the integrated strength of ���������!�����@B�#!�����F����<����V��[�_��������������� `�''*j�!�������#�� ����������������C��������#���@�����������@B����!����C����[�������W!���������V������������������������B����$����"���$�#���/�����/�������!�����/���/����/"������ �#��B����!����C���!�����������V���������������B�@#�����/����"�/������#���!-�@��B���"!�������������!���������L�$���������`�''Fj���V����"������������������������B�]�"�/������#���!�@��B����������/����/�Q�����B��V���������#�����$����!����C����[�and suggested that serpentinization is rather a sequence of mineral reactions. The actual %#�����&���������!�����B��$����!����C���������!����B������������#����|�����������`|����������[��FF�j�!��!��������!��Q�����#������$����!����C��������������� ��� �����"����[����!����C������$���V��������������������V���!"�����$����B!����"������W�#����������!������@�#����"�����"�[�$��������@B���!����"�����$���V���"������������@B�serpentine, brucite and magnetite. Furthermore, they pointed out that initial serpentiniza-�����$���V���������!����������$�������@�#�����������%#��%#W���$��������@B����������/���of serpentinization under more open-system conditions and formation of magnetite by the @���&������$�$�������@�#�����L������#������������B�@�����"!�������������#������$��������V��#�����$�!����!�B�����!��!�������$����!�������[�������������W�����������/��%#-�����������"�������������������$���������/�%#�������!�������#�@����$�������"�-�������&���]�������B�������#�Q�����L��������������#�����|�����������`�FF�j�!��!�������������#��#�����#�����������#��&��B���/�����!!��W"������$����!����C�������general. � Y���V��[����������������$�������BC�/������������������$�!#���@�#��������������������!�������/��$�����@����������!�����[�"�/����������@�#���[�������������B�����$�pure brucite of serpentinites from mid-ocean ridge settings are available from the litera-ture. In addition, the determination of oxidation state of iron in serpentine and brucite in ��#���#������!�����������������"!�����$���+3 in serpentine on hydrogen generation dur-

Page 15: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

7

ing serpentinization. This could be accomplished by systematic electron microprobe and Mößbauer spectroscopic analyses of brucite and serpentine in pseudomorphic mesh rims. Furthermore, the Fe+3 component of serpentine has never been considered in a geochemi-cal reaction path model. The implementation of the Fe+3-serpentine component (ther-"��B��"�����������@������#������#��/�����!��B��������#"��!!������@B����"�&������"����[��':'j�����/�����"������������!����"��������#����/�Q�����B�"!��V�������!�����V��!�������/����/�����W�����������#��/����!����C���������B�/����������������$��V���/���������@���������!��������!����#����/��������%#�����&���#�@����#��/�!����������������������������� }�������!����C�����]�@���������������$�������]���������������������"����!������[���"���@B��������&�����������������V������$���"�����"���"�������W�"!������������[������#���������!��V��V�����!����C�����$��������@B���!����"�����$����!��-����@B������`��/�[�|����������[��FFE��^����C��������[��FFE��^��������[��':�j�� �����C�-��������"�����"����!�������������V��V���"/�������$����������%#�������#/�����!��-������L��������������%#����!!��������@����������������B���#�������������$�/�@@�������#����������"�&��#!��@�#��������$����������!�����"�������W!��������������!�����/���/���`��/�[�X���"���������[��FF*j��L���$��"���������������$��#�$#�������#�Q���[��&��!B���[�V�����������V������������������[���������/������#�Q��������"������!����B������"!�����B������C������&��"�B������@�����������������!���������$�/�@@����������/���̀ +���������[��FF*����#��&�������[��FF�j��� +���������""���"�����"�������&������!����C���������������!�����������-/���� L����� ���&�� ���� ��"!�����B� �������� ���� �����V��B� ��"�����"��C��� /�@@����V���������$��"����V������!����C������$��#���#���/�!��������`���"��[��'���������[��'*�����Y����B�������[��''��� �������������[��':'j��L�����"�����"���"�������@��������������������������������V���%#��� �����@���"���/��B��������������#��/����-pentinization (e.g., Honnorez and Kirst, 1975). An equally common – but apparently less �!!��������]�$���#����$�����/�C���������!�������������`���"��[��'����������������[��FF:j��������������������������$���������!���"�����`�/�������������������V���j���particular drives rodingitization.� ��!����C����[�������C����[���������/�C���������������#�������$���������������������������!�����"�������L�����!�����������&��!��������V���B����������������������!���������������������������#������!�����B�[�������/��"�&�#!��$����&������/�����%���!���[�%#��%#W[�������"!����#����}��������@�#����B������������������@B�������-���B��$�"�/"��������������������������$����������!����[��!��Q��%#�����&���#�@��������"�������������������&��!������������������B���"���������/���������������/�����������"�������$#���"������!������������������%#�����&�����������������������@������#������������������!�B�����!��!�������$�����������������!�������V���!����������������������&�����������������@#������!��V��/�����/B�$������!�����"���@�������B���"�����!��������$�!�����B��������Y������B���/���$��"����#��/����!����C������Y���"#����$�����$��"�������!�����!������/B����V�����/#�������B���/������������������$�

Page 16: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

8

��������/���#����%#����}�B�������"��/�@@����V��������/�C��[����������������������What is causing steatitization? These are basic questions in oceanic petrology that have not been comprehensively addressed. The purpose of this thesis is to change this.

Outline

The primary focus of this thesis is on utilizing phase relations in reconstructing ����%#�����&���������!�����B��#��/����!����C����[�������C�������������/�C������$��@B��������&��������!�������[� ���������������@�������#����������!�����������������L������!��������retrospective character, focusing on the research about abyssal serpentinites and leaving �#������"!������V����V����$���������������!��������`$�����������������������$��������������W����������W�@��&�@B���Y����B�`�''�jj�� ���!�������[������������!���[�@��������������"�������&��$�_�&�������`�'*�j����������� `�':�j[� ��������������!�����$� ����!������� �����[������������]�]�]�] �!�������������� ��!�������]��������� �����������[��������������������������"!��������$���]�]�]�] �!���������������#����������/�����/������WB/��������#�$#��$#/������during progressive serpentinization and steatitization of peridotites from the Mid-Atlantic ��/����������;�F��������#���~���������`������^����/����/��"[�{�/��F'j�� L��������������#�������!�����$�"B�������/����@��&����"B��#!��V�������$��^���Wolfgang Bach. He introduced me to the construction and interpretation of activity–ac-�V�B������������$#/���B]$#/���B���/��"��$����/����"!����#��������!����#���[��������!���������"�����!�����$��������!�����������"@���[��V��#���������"!��"���������&�/�����"��B��"�� ����� �$� ��#���� !������ ���� ���� ����@����� �$� ���� ��$������ ������ ��-�L'��`��������������[��''�j�����\�����"�����}��&@������`\}|�j�`|���&�[��''�j�and did all the petrography in our microscopy laboratory at the University of Bremen `\��"��Bj�� <B� $����� ���� ������/#�� <������ Y��������� `��V����w�� |��"��j� "!��-"������������#��#���!�����$��"�����������#�������������#��������"���������$�����"���-����������#��#���!�����������B�!���������������/��������@�����������#!�����������@�����!!��!����� $��� ��"!����#����#!� ���EFF�;�������!����#����$��F�<���� ������#����� ����"����������B����!�������������������������������������"���!��@��$����B��$��������-����+�@���������V����w����X���`\��"��Bj[�������!��������&��������������$�|��@����Mader and Dr. Peter Appel. My supervisor, Prof. Dr. Wolfgang Bach introduced me into �����Q������/��������������#��V����""����[���"��&�����������"!��V���!��$�#���B�the quality of the manuscript.

Chapter two is already published as:

Page 17: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

9

X���[��������|���[�}��`�FF'j���]�]�]�] �!����������������!�������]���-����������������[���#������$��������/B[�������F[������[�!�/����*]�'[���N�F��F'�U!������/BU�/�F*�

��!���������[���������������!�������/������B���/���/����������#��/����!��-��C������$��@B�����!���������$��"���;���������<��+���������/���$��#�������!�����relations in the system MgO–SiO2–FeO–Fe2O3–H2O and uses reaction path models to $#��B���������� ����%#��"������ ��#�@������������/� ���� ���������������"!����������V���!"�����$�%#�������"��������#��/����!����C������L���!�!�����!����� ����Q����analyses of brucite from a mid-ocean ridge setting. It concentrates on the distribution and redox state of iron in serpentinites and its implication for redox equilibria during serpen-tinization.

Electron microprobe, magnetic and Mößbauer spectroscopic analyses of primary ������������B�!��������V���@�B����!����C���!������������������#����[������"!��-ment, correlate, and improve iteratively our geochemical and phase petrological models. L����������������!��$����������!��������@�����#��/�"��B������V�����#����������"B��#!��V���[����$��^���}��$/��/�|�����L������#�������������������@B�"B�$���������������/#��^���������=���`��V����w��|��"��j��������������������������@B�^���L�"�<�����"�`��V����B��$��������[�� +j����!��������/�����B����"!��V�������#���B��$�����"��#���!���L���<=>@�#����!��������!B�����"�/���������B������������#�����@B�^���L���"��|���#���������$��^���|�#���<��&���C�������������#���$������&�<�/����"�(Department of Geology and Geophysics, University of Minnesota, USA).

Chapter three will be submitted to Geochimica et Cosmochimica Acta:

X���[���[�|���[�}�[��=��[���[�<�����"[�L�[�<��&���C[�|�[�����|���#�[�L�`���@��submitted) Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization of �@B�����!���������$��"���;���������<��+���������/��

L������������$�����$�#�������!���[����������L���!������/B��$����%��������/���N���/����$��"�/�����"������������!����"�����/���������V�������!��@��"��$���V�/�$�����$�������/�C�����@B��W�"��/�����%#�]"������!��������������������@�#����B�C�����$�"�Q������#����"�Q��������/����L���������"!������@B�����������������!����"�����[��������"�Q�����&������������%#���@#$$����������B�@B����!����C���������-tions.

L����������������!��$�������!�!���/����!�"���B�@��&����"B��#!��V�������$��Dr. Wolfgang Bach. We discussed almost every topic from the very beginning, I helped

Page 18: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

10

calculating the reaction paths, made the illustrations and edited the manuscript.

Chapter four is already published online:

|���[�}������X���[����`�FF:j�L���!������/B��$����%��������/���N���/����$��"�/�����"������������!����"�����/��{����[���N�F��F��U���������FF:��F�F��

L������������$�����Q$������!���[���������� ��!����C���������������W!��������������X����YB�������"�������[����������������/�N����/��������������/���$�����X�-����B�������"���%#���#!!����/���#��#��"���@�������B���"�[�������W!�����������/���$�����#�#�#������"���B��$�%#���V����/�$��"�����X����YB�������"��������`XY�j��YB��������$� ���������[� �����V���!��/��������#"#����� ���&[�!���#���� ���!����������magnetite, similar to serpentinization of peridotite. Alteration of plagioclase buffers aque-ous silica at relatively high levels, preventing the formation of brucite. The higher silica ���V�B�!��"������/�������WB/���$#/���B[���������#���@#$$���������#�$#��$#/���B�����/������V���[�!��V����/�����$��"������$����V���]�������B���Y���V��[����!����C������$� ����������� �!!����� ���B���� �#$Q������B���/��� ��� �#!!���� ���B���/���@������B!��-����"�!�����#@�#�$���������#�����!���"���@�������B���"���#����!������������/#�������#���������Q������������B��������&��L�����"!#��������������#�����$�������!�!���!��V�����!��#�@����W!��������$�������#�#�#������"���B��$�����V����%#������XY���}��!��V���������W!���������/V���@B�!��V�#�����&��������"�����&��B�����������

� <B������@#�����������!�!���������������#�������$�������]�]�] �!���������-tions and editing the manuscript.

���������� ����� �������������������������������� �

��&�"#��[�X�[�<������[�L�[�|���[�}�[�X���[���[�Y���[�X�[��&��[�X�[�L�&�[�X��and Kumagai, H. (in press) Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrother-"���������_�����������������B� ������{�������

Page 19: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

11

1. Introduction

1.1. Serpentinized peridotites at mid-ocean ridges

� ��!������ ���V��� ��� ��"�� $��"� ���� \���&� �W!������� ���!����#�[� �������/����!�������&� `+/�����[�����j[� �� ���#���� ��� ����/������������[�"������[� ����B� �!!���-������$����!�������`�����$Q������$����� ��������&j��L����"�#����$�������#�����������������!����C�����������"�#������/����@��&����"�����������F�B������/��`��/�[�Y���/��[�1845). All the early and the majority of the more recent serpentinite research has been ����#�����������!���������W!�������� ������<���� �����������#�B������@B��$����Y��-�/�����!�!�������!#@������@�$���� ������������ ����V��B��$��@B��������!����C���!��-������ `@B� ����/�/� ��� ���� <��+������� ��/�� �� �'E*j� ���� ��!������ ` ����[� �'E'j��L�������"!�������������Q�����������B����������V�����$��"�����������@�����$�����"�������������`+#"���������{�#@��[��'*�j���V����������#�/��������������"����#���"�#����$�V���@�B����!����C���!�������������@��������V�����$��"�����������#����������!�������/����}���������W��!�����`|���#���������''F�������\�����������[��''�j[����!������������V��#���B������W���������$�����!�������/����$��������Q���������!������������!��-�����@���V������@����������������$�����!�����/���������`��Y����B[��''�j��Y���V��[�independent from their provenance all these serpentinite recoveries contributed to the �#������&������/���@�#���������������#���� L��������$�����!��������!����C��������������������������!�����/����@��&����`Y���[��'��j[�����!��!��������������<�Y�������������������$�����������"������������������"����B������������/��B�!������B����!����C���!������������Y������"��������!��-��C���������������#����@B����#����/���������[�@#���#������#���"�����"���"��$����!�-�������"�/"��������������`�'*�j������������������� ���@#�B�`�'*�j�������������the seismic properties of partially serpentinized peridotite did not match those of layer 3 `������/#�����$�V����$���/�@@������������#����Y���V��[��������������������$�@��������������$�����!�����/���/����������/���"�������������!������"�����$�������$��"������$����������#��[������������������/����/������""#��B��#��/������'*������������$��-���������!������������������#���`��$������������!����[��'*�j��|��������/����/-����"�!!�/������������!������[�������������<����������@�������B�����&�����#��#����$�the oceanic crust. Beneath a sediment cover (layer 1), the oceanic crust is composed of "�/"���� ���&���{�B����� ���������$�@������� ���&�[� ������ �W��#������� ���� ���%���� ���!�������V���������#��������&����{�B��������������$�/�@@�������&����B�����C��������!����L�������B���[��#����&������<�Y�[�������Q�������"����B�����"����!������$�����������[�����<�Y����������������@�#����&"�@��������������%��������������!�����������!�����������@�#����B[���!�����/�������#���$��"�����#�����B�/�"������`{�B���Ej��������/���!����-tites, residues of partial melting. These features have been a cornerstone of plate-tectonic

Page 20: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

12

1. Introduction

�����B�$�������!�����*�B�����������V��!��V������@��#��$#�������!�/����/������������/������������"�����������@���!������$�_���������#���`������[��''�j��� +������/� ��� ������������"����[�����&"�!����$�"�Q�����&���V���� ����"������������#����B[�!������������#���@���W���"��B����������������%����`�W��!���������$��"�$�#���j��L�����"!����"�����������������%�������#����"������"����������"����@���#���B�#����&�@��[��#������$�#����������"�"#"��$���&"���!����"����`�����#/���#���$�#���������������$�#��j�� ��!���������!��"����"�������"!��#�@��[���������!����������V�����������"�������������$�����@���������#�������#/����������B�"#��������+���[��������������������������������#���!���������"��B�&��"���������!������������������#����������������!��������������"�������_���B���[�������!��@��"��������W!������@B��������[������/����������$��"�$�#����`<��/��[��'�:j[�!��V�������!!���#��B�$����������������������"����������$������!��������!��������������������%����� <�����@B�����!������������������V�����$��"������������$����/���$$���������$��"�$�#���[������������"���������#����������!����� �#���������������/��` }��j[�!���������������V���"������""��� `^�&[��':'��^�&���� ���[� �FF�j��|B� ����"���''F�[�#�#�#�����/����/"���������������$�#���������� }����������������"���#��B����!�����������-ented orthogonal to the spreading direction, as Penrose-style volcanic rifts are supposed ���@���L�������/����/"����������������������@B������$��"�$�#���[����������/��"�������B�required to be parallel to the spreading direction. These oblique rift segments usually con-����"������!��������������������@��������$�#�#�#�����"!�������+����#/���������B!����$�@�����������������B�&�����$��"��������������������/��������"���������!���[������!�������� �� ���������"���#�� �$�����#�����������B�@�� ��������������!��V���/� ������@�#����#���������������������/����������$��������@�������"�/"���`��/�[�������������[��'''��������W�������[��''����':'j��+�$#������&�B�������������#����������/��$���#����������-������"������#/������V����������/�������$��"��������������^���/�/����#�����������������������V������������������/�����������$������$��"�$�#��������������@#���������&��$��"�������������#�������#!!���"�������}��������$�#����@�#���/������������������/����������/�[��������"#�������FF�"��$��@V�#��V���������!����"���[���������@B����"��������#/�����@��/�#!�"���������&��$��"�@���������$#�����������$����������#���`^�&[��':'��X����������^�&[��':�j��{�������[�"!��V���@���B"�����"�/�/���������@V�#���/������������$�#���/���������/�"��B�������$�&��"�������$���!����"����`����������[��''*��L#����&��������[��'':j��^���/�/��$����"���#��B����!���/����/���[�����������C�����$$����$����#���C����[�������������$��"��������#���[�����V�������������#���������#!!���"��-�������&�[����[�@#��$���$��"������$$������$������$��"��`������������[��''�j��+������!���[���������$���������������[��V������������!�����/���/��[�����"#����$�������#�����#���@�������������������"�����������!�������������������"������ ������������������@����������������������#����������!�����/���/����������B������"�#����$�"����/������[�@#�����������!�������������������@�����&�������������/����#��B���"!�����`��/�[������[��''���<�V��[��FF�j��<�������V��B���������#�$�������!��������������� ���@�� $��#������� ��/"������������ `^�&[��':'j��L��� ���&� �����!������������ ����

Page 21: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

13

1.1. Serpentinized peridotites at mid-ocean ridges

development of deep rooted faults (e.g., Schroeder et al., 2007). Serpentinized peridotites ��������������������������$��"�$�#�������!������B���������!��#������/������W���V����B������������V�����������W���V����B�%����� }���� ���� $��"����&[� �����!����� ��������� �� /�V������ @B� ���� ����!��B� @�-������"�/"���[��B�������"��[� ���� ��������!����������L����W��!�������@#��������$����!����C��� !�������� �� ����/�� ��#��� ���� ����� ����� $��"� �$�� V����B�� ������ ���� �$��"�#���������B�$��"�$����#���C���������@�������#"�������������������!�����<+��̀ ��-����������[��''���\�����������[��FFF��X����������_����[��':*��{�/�@������������[��'':j[��������#����������!����� }���`��/�[�|����������[��FF���^�&[��':'j����������������������/���$�����/��@����B���"[�����\�&&�����/��������+�����������̀ <������������[��FF�j�������������������#��!���@��B���������!�����������"�������"!�������$����"����B������������spreading environments.� ������������������������������������^����/����/��"�`�^�j�!��B�����&�B��������gathering variably serpentinized peridotites from ocean crust. Samples dredged from the ���%����#�#���B�#��������������V����������/[�������V��!���������!����C�����������"!�����!����/����������B����$��������&���������L���"�������V����/���$������/�����������V��B��$�#��������������!��������� #���!���������!�����������!����B����!����C���!�������������������������!����/��!��[�"���������"���������!��������!������B��������������#����������&������B�� ����':�[�"������!��������������������������"����������/��$�������Q�����"���#�-�/��^��{�/��F'[� ����*F�������������������$�����<+��"�����V����B�E��&"���#����$�����X���������#���C����`^����&�������[��'::j��+!!��W"����B�����"��$����!����C������-C@#�/��������#�������������V�����$��"���'���"����!�����������''����#����$�����X���������#���~����'��"��$����!����C���!������������������V�����$��"����FF�"����!�������#��/��^��{�/�����`X����������{�������[��''*j��L���B����������[��^��{�/��F'��������������!��������������������#���������;�F��������#���~�����������<+��̀ X���"���������[�2004a). Thirteen holes at six sites along the spreading axis penetrated mantle peridotite ����/�@@�������&����!��!�������������������#/��B�*FU�F[��"���� ������������!��V-�#��B���"!��������������%������������"��������L�����"!�����V���/�����������!���������#�B����"�$��"��^��{�/��F'[� �������:[���*�[�������*E��L��B���"!����!����B����$#��B����!����C������C@#�/��������#���[�������������������������`�����C��j����!�������`����chapters 2 and 3) and rodingite (chapter 4). A brief description of the geological setting and the individual drill-sites is given in chapter 2. For a comprehensive description of all ������������������/����/����@��&/��#��[��������������������������$���������X���"����������`�FFE@���FF*j�����|�����������`|����������[��FFEj�

Page 22: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

14

1. Introduction

1.2. Serpentinized peridotites at active oceanic margins

Serpentinized peridotite from modern active margins, i.e., from trenches asso-������ ���� �#@�#����� C����[� ����� $��� �W�"!��� ����V����� $��"� ���� �#���� ����� �$� �����#���������L������ `��/�[� �@&�����<��#��[��'*Ej[� $��"� ����<������ ���#/������ �����C#��/��������$��������`��/�[�������������[��FF�j[���������L��/��L������`��/�[�|���"������ ���[� �''�j� �� ����}���� ���Q���L��� !�������� $��� ����!����� ���!����C����� �$� ����"���������/���$������V�����/�!����������!����������������������%#�����V����$$������#@�#��������@�����!���������@B���B���������B���`�':*j��L����$$�����$��#@�#����������������"�������@#��������������V�����/�!��������#��������!��������$�����/������"���gradient and as a consequence the overriding plate could potentially absorb large amounts �$�%#��[�@���V�/��&����"���"��!����!��/��$��"�����B����������!��������$��#@�#�����`��B���������B��[��':*j��������������������$��"���������/��/�!������B�����������V���B-�/�"���������/���������V������!���������C@#�/��� ��� ���������B� ���!������[��������������@#�B����B�����/�$����#���������W��#��������������%���[���������$��"�����/��"#��V�������������/������#����$������[�����@����������W������$��"��F������F�&"�@���������

��������W��`��/�[���B���������[��':�����B�������<����[��''�j�

1.3. Hydrothermal systems and serpentinized peridotites

Hydrothermal activity involving serpentinized peridotite has been apparent from ���������#"�����"����[����#��/��/�����������������$�<�[�"������[�����3He in hy-�������"���!�#"���������������������#"���V���B�/���/����/"������$�����<+��`��/�[�|����������[��FF���|�&���������[��FFE�������#�������[��'':��_�"�����������[��FF���\��-"���������[��''�j��L�������V��B��$�����#����"�Q���������{�/�����V[����@�������{�����B��B�������"���Q���������V����������$������Q�������������������������V��B������������'F��������!���������$���#����������"!���������V��#�����$�����������#��/�������������#����"�Q�����&�[�����/�����"��������"������/�����V��#�����$�!����������#��/����!����C��������������@���/����"!��������������V���/�����`+��������� �B$���[��FF���+��������� �B$���[��FFE��+"�� ��� ���[� �FF:��|������� ���[� �FF��������#���� ���[��FF���^��V���������[��''*��^�#V����������[��FF��������\�����������[��FF���\�@����������[��FFF��X����B�������[��FF���X����B�������[��FF���<�����"�����|���[��FF'������&#����&�������[��FF�������&#����&�������[��FF:����#W���������[��FFE�� ��"���������[��FF*�� �����&�������[��FFE�� �B$����������[��FF*j�

L���{�/�����V��B�������"���Q������������V��������''�]�''E����@�#���FFF�"���������!�������������������$��"�#������$�����<+����#����$�������;��F�������#���~������� �E;E���� `|��#�V� ��� ���[� �''Ej��L��� ���� �W!����� ���C@#�/��[� !B��W����[� ����C����[��������[�����/�@@������������V��B�/���/������$�����������������!��������|���&��"�&-

Page 23: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

15

1.3. Hydrothermal Systems and serpentinized peridotites

����V�����/����"!����#���`����F�;[������#�������[��FF���^�#V����������[��FF��� ��"���������[��FF*j��B�������"���%#��[�����V��[���"���$�����V����/���&���!����������������������"��$��"������!�������[������������"�&�/���������`|�/����V�������[��''*j�����diameters up to 10 m.

^#��/������{��_ ���#������''*��������@����B�������"���Q������������V����������;�E�����#����$�����+"�����/"���������������������/���$����@�����/�������������!�����$��@�#����FF�"�`��#�#���������[��''*j��L������@�����/�� ���� $�#���@�#�������/��������W!��������!����C���#����"�Q�����&����#V���������������$�#�����������B���-����"���Q����`|���/��������[��''*j��L������������#"���#��@���&��"�&��������"�W"#"��$%#������"!����#����$�����;�`^�#V����������[��FF�j��

+��@��������������%#������$�����#����"�Q���#@���������"�������@B��!��Q����!������@�#���������"���B��$��"�����/�V����%#�����"!��������"�Q����������B�������"����B���"�[� ����V����%#��� $���#���V��B��/�� ���������������$������V�����B���/�������"������������������������������$���#��#������������B���/����#�Q���`�����#�������[��FF���^�#V����������[��FF�j��L���!Y�`������;j� ��������� ����{�/�����V�������:���� �������@���YB�������"���Q�����Y���V��[����B���"���$�����%#�����"������������������are corroborated by experimental and theoretical serpentinization studies (Allen and Sey-$���[��FF�������������������[��FFE��}��C������� ���&[��FFFj�������W�"!��[�����!��-��������������������$���������#���@�����������������B���/��������������������#���@���/����������V����%#����<����V��[������#/�����!����C�����!������������W�����"��!��-����[���"!����#�����$���F�;������/�����!!�������@���@���#���B�"!��#�@����������#�����"�/"�����������#����`+��������� �B$���[��FFE��|����������[��FF���{��������������[��FF�j��+��B@�����������C������"!������$�@����"�Q������#����"�Q��������/����!!������&��B[����������W!����@�����/����"!����#��������%#�����"���B�

��/����/�����{�����B��B�������"���Q���[��������������V��������''*�"������������&"����B�$��"������!�����/��W���$�����<+���������+�������"���$[�����������������/���������������!����$�*�F����'FF�"�`X����B�������[��FF�j[����!����C���������-������!!����������������������"�������������������$��"�����/�V����%#���̀ ����&#����-&�������[��FF�j�����������{�����B��������������C���@B�#�#�#���B������`#!�����F�"j����-@���������#��#���[��"�����/������V��B������`�F]'��;j[�@����`!Y�']��j�����"�����!����%#����{&���������/����"!����#����B�������"����B���"�[����������������$������V�����B���/�������"��������������V�������"!��������"�Q����������B���"��!����/�������-!����C������$�#����"�Q�����&��������@���"����`����&#����&B�������[��FF�j��Y���V��[�the International Ocean Drilling Program (IODP) drilled recently into the Atlantis massif, ����$������B�$��"�����{�����B�YB�������"�������[���������V�������"�����W��#�V��B�/�@@����������/���`����$�����������[��FF*j[��������������������%#�����"����������-���������$�{�����B��L��/������!�����/��������%#�����&�����������@��������@B�����hydrothermal vents, it is important to understand the fundamental petrological controls of ���!����C����[����������@��@��%B�������������������W���������

Page 24: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

16

1. Introduction

1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization

1.4.1. Serpentinite textures

Textural characteristics of serpentinites are fundamental for the interpretation of !�������#�@���`�������#�@��j��L������������@�������������W��������!�!���@B�}�&������}����&���`�'**j�����������"!������V����W�@��&�@B���Y����B�`�''�j��

��!����C���#����"�Q�� ���&�� �W�@�� �� @�����V����B� �$� ���#��#���� ���� ��W�#������������������$������������������#����!���L������"�����!�����������"!�������&�������are only slightly serpentinized, completely transformed massive forms of serpentinite, ����������B�������������"B����C������!�������[�@���������$��"������"��������$����-!���������U�����������������B�"������[������������������"�����B����!��������`"#��volcanism).

L�W�#�����$����!��������@���V��������������������@���V���������������B!��N�`�j�pseudomorphic (preserving important features of the protolith, e.g. plastic deformation, and pre-serpentine alteration assemblages) textures formed after olivine and pyroxene (to a much lesser extent after amphibole, talc and chlorite), (2) non-pseudomorphic textures formed either from the same primary minerals or from pseudomorphic serpentine tex-tures, and (3) textures formed by serpentine veins. Pseudomorphic textures form through �������!����C������$���"��������"���������#����"�Q�����&���L��������������$�!��#��-morphism varies from excellent to indistinct, and the latter grade into non-pseudomorphic ��W�#�����<��B�"���V�����!�������������!����"�����B�!��#��"��!�����W�#�����<�����$� ��������������$����������!�������[�����V��[�������"!������$�����!��#��"��!�����W�#������������#�����������$������/���������

Olivine alters along fractures and grain boundaries to form easily recognized pseu-��"��!�����"!������$���"���� ��W�#��� ����� ����"@�����Q����"����������L���"�����"���!������������������$�����������������"��������������!������������"!�B�������@������������������$����������L����#������/���$���"���������������������������������/���$���"������/�������������$����#������������"������/�����$�����!�������j�����U���������#�/�������W�#����`�"�������"������W�#��[�@#�������������@�������"�����"�����"�������������not possible). This texture is related to fractures in the mineral grains of the protolith and is hence not strictly a pseudomorphic texture. Both types of textures consist mainly of  ����!������`���!������Q@�����������/���$���j�����¡����!������`���!������Q@�������/�������j[�@�#���[�����"�/������

Serpentine pseudomorphs after pyroxenes are generally called bastites, a term coined by (Haidinger, 1845). The term has also been applied to serpentine pseudomorphs after amphiboles (Weigand, 1875). Hostetler (1966) has pointed out that once serpenti-nization is complete, it is often impossible to distinguish a pyroxene bastite from an am-

Page 25: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

17

1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization

!�@����@�������}�&������}����&���`�'**j���V��$�#�����������!����C������$����������chlorite also produces bastites indistinguishable from those after chain silicates. There-fore, it seems preferable to use the term for a serpentine pseudomorph after chain or sheet silicates.

����!��#��"��!�����W�#����$��"�����������#/����������B�����C������$�!��#��-morphic serpentine textures or, less frequently, directly through the serpentinization of !�"��B���V��[�!B��W���[��"!�@�������������!��#��"��!�����W�#��������@���V������������!��������/�`����/���[�@�������$�¡����!��������!�����!��#��"��!������!�����j������������&�/��B!���`"������� �������#�������!������/��������U��������������!������veins replace pseudomorphic serpentine). The orientation of the elongate grains may vary $��"���"!�����B������"[���������������"���V�����&���!���#���[�����#@!������������-�����[���������������$����������&���!���#�����+����!��#��"��!�����W�#���[�"�/������and brucite are common accessory minerals in non-pseudomorphic textures.

Veins of serpentine along fractures, shears and joint planes can be found to a greater ������������/��������"�����V��B����!��������L���/��������B!����$�V��������@������-guished - paragranular and transgranular veins. A paragranular vein is an anastomizing V������V���������&��������$�������!���������������!�����#���!��!�B����������+������-/���#����V�������V������V���������&������B���/����������$�������!�����`$���V���!��j������������#���!��!�B������������U������������/����B�������L���������QV���B!����$�V�����W-�#��N�"���V��V����`������"�/����#��������"!�����B�Q����j[�����/���V���[�������Q@���V����`Q@����������������!��!����#�����������V��������j[���!�Q@���V����`Q@����������-������"������������!���������������V��������j[�����V#//B�V����`���"!�����B�Q�����V��j�

1.4.2. Serpentinization - an isovolumetrical process?

� +� �#������ ��"����B� �������� ��� ���!�������� ��W�#���� �� �������� ���!����C�-�����������V��#"�������!���������������������"���������$�������"!����B�����������V��#"�����������L���V��#"������/���#��/���������`¢��j��$���V���������!����������@�#����`/����/���j��N

2Mg2SiO4 + 3H2��£�</3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2

forsterite chrysotile brucite2x43.79 cm3 108.5 cm3 24.63 cm3� � � � ��¢���¤������

L�����$����!����C������$������!B��W�����N

3MgSiO3 + 2H2��£�</3Si2O5(OH)4 + SiO2(aq)enstatite chrysotile 3x31.28 cm3 108.5 cm3� � � � � � ��¢���¤������

Page 26: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

18

1. Introduction

��!����C������$������C@#�/����������N��"�����������$���V�����������!B��W����`�:�V��������V���N�E��V�����������!B��W���j����#��������V��#"�����������$�E����

Mg2SiO4 + MgSiO3 + 2H2��£�</3Si2O5(OH)4 forsterite enstatite chrysotile43.79 cm3 31.28 cm3� � ����F:����"�� � � � � ��¢���¤�E���

���V��#"��������!����C�����"!������"�V����$�</����� ���������#�����$�%#�����&����������N

6Mg2SiO4 + 2MgSiO3 + H2O + 10H+�£��</3Si2O5(OH)4 + 5Mg2+ + 3SiO2(aq)forsterite enstatite chrysotile 6x43.79 cm3 2x31.28 cm3 3x108.5 cm3 � � ������¢���¤�F��

Thayer (1966) suggested that the preservation of primary textures such as euhedral ol-ivine pseudomorphs and relict primary chromite layering indicated volume-for-volume replacement of peridotite by serpentine. Hostetler et al. (1966) and Page (1967) argued that large-scale removal of MgO ��#��#!!������@B�Q�����V�������������������/�Q������"�#����$�"�����������"�V����#��/����!����C������{�������#����`��/�[���Y����B[��''�j�����#����������������"������������!����C�������&���!�����@������B�@B��B��������$��������B���#��!�������[�����������������/��V��#"������/���$�����������������%������@B������@#������$����#��������shear zones in serpentinites. The expected volume increase during serpentinization has ������"��̀ ��/�[�{����[��'*Ej�����$�����������!����C������������#���!��"��@��B���������������$������/�"������"��{�����`�'*Ej������#����$��"����������$����#/���������B���-����"������#������"#���@�����Q�����������/���#����#�����!�����$�����������������!������L�����������[�����V��[����������������������@���V����/���W�������$�!��V��V�����!��-��C�����`EF��FF�V�����j��@���V������@B�����!���������`+#"���������{�#@��[��'*���^�&[��':'��L��"!��������<�����[��'*�j�������"��������������$��"��!�������`��/�[�Harper et al., 1988).

1.4.3. Some crystallographic basics concerning serpentine

Serpentine is a layered mineral and its principal polymorphs are antigorite, lizard-��[��������B�������L������#��#����$����!���������"�������&������[���������������������-�������B������������/���������������������B��[���������������@�#������B���`�������!�����������N�����������������B�����������j��+�"�"����������Q/#�������$�������B���������V��

Page 27: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

19

1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization

�����������������#��������/��������������@����#�V��#����$�����������������B����`��Y����B[��''�j��{C����������"!������$�!��������B���[������������B����������"!������$������������B���[��������������$��"��B��������������/����������N����B���!��������B���V�����[���-�#���/���������Q����������������B�����������������

1.4.4. A note on the mineral chemistry of serpentine and its value as a geothermometer

� _V����������� `�'**j�!��V��������Q����!�������/��"��$����!������!��B"��!��[�i.e. lizardite, chrysotile and antigorite. The general accord is that lizardite and chrysotile $��"������������"!����#������"!������������/�����`_V���[��'**��_V���[��FFE��<���B[��'*�j��Y���V��[��������!������"������/B�������������������"����@����V��#�@�����"!���-ture indicator since differences in free energy among serpentine polymorphs are minimal and serpentine does not occur as a pure Mg-endmember. Element substitution and in-���$���������/B����"���#��/���!����"��������������#�����#$Q�����V����������C���$����!������!��B"��!�����@��B�Q����������"!��������������$��������/B��$$���������$�!#���</����"�"@����`��/�[����"����������[��FF�j��+����#/���������"���B��$����!������approximates Mg3Si2O5(OH)4, common substitutions include aluminum and ferric iron for silicon in tetrahedral coordination and aluminum and ferrous or ferric iron for mag-���#"�������������������������`��Y����B�����^B��[��''���}�&�����������[��'*'j����&��[�����"#"[�����"��/�����������#@���#���$���"�/���#"[�@#���������#@���#�����are relatively minor.

1.4.5. The MgO–SiO2–H2O (MSH) system

� |������"�����!��#��������@����/�!�����[�!�"��B�"���������!������������principally composed of MgO and SiO2�����"�����#@���#�����$�����$���</��`#�#-ally < 15 mol. %). Most secondary phases of a serpentinite are Mg-rich, silica-poor and ��������������+����#/������!�������������"���������������[��������V��������������@��them in the MSH system. The major primary Mg-phases in peridotite are forsterite and ����������^�!����/��������$��������� U��������������� �����B��������$���!������������������������$��"������$��������$$��������������B�</�!���������"@��/��������������`�j�serpentine, (2) serpentine + brucite, or (3) serpentine + talc (see Fig. 1). The hydration of $�������������$��"����!����������@�#��������#���"������"�#���[��������������B��������$��������������B�������!�������������������B����&���������N��"�����������$�$����������������������������V���������@�#��������������L�������&��`��������j����#��������������

Page 28: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

20

1. Introduction

of SiO2����������"�V����$�</�����$��"������[����!���������������/��$����!����������@�#����@#$$���������������V�B����������V���[������������!���������������/��$����!��-tine and talc buffer the silica activity to higher levels (e.g., Frost and Beard, 2007).� L�����������$��������!������������< Y��B���"����������/�Q�����B�����/������������������������/���������W�"!��[��V��������B��������$��������@����/���V�������"�&�����!����������@�#��������#���"�����!��!������[�@#��"�/����������$��"���������-ditional phase to satisfy the phase rule. The actual content (and oxidation state) of iron in ���!����������@�#����̀ ������������������!B��W��������!�������j�������!���������/�B������"!����#��������������V�B��$��������#��/����!����C������L���"������"����������-trol the partitioning of Fe during serpentinization into serpentine, brucite and magnetite are poorly constrained. Being able to better constrain Fe-partitioning during serpentiniza-tion is a paramount importance to reliably determine the amount of dihydrogen produced during serpentinization. In chapter three, the results of geochemical modeling, phase petrological, petro-graphic, mineral chemical and Mößbauer spectroscopic (for the determination of iron va-�����������!�����j�����B�����$����!����C���!���������$��"��^��{�/��F'�Y������*E+[�����@��!��������������V��#������������������/������������������@���������������V�B�and Fe-distribution during serpentinization and their implications for dihydrogen genera-tion.

1.4.6. Redox conditions during serpentinization

� ��!����C�������&��������/���������W���"��B����#��/����������`_�&������[��'*��������[��':���<�����"�����|���[��FF'����&��[��'�'�� ���!�������[��FFEj��L�����-�V��������������������$������V�����B���/���"���#������%#���$��"�#����"�Q����������B�������"���Q�������������V���B��������<+��`�����#�������[��FF���^�#V����������[��FF�[�����&#����&�������[��FF��� ��"���������[��FF*j������������B�"�����������������1.3. The conjunction of serpentinites and extremely reducing conditions is even more evi-dent from active continental serpentinization settings, that emanate hydrogen- and meth-��������/���`+@�������������[��'::��|������������[��'*:���V���B[��'*����V���B�������[��':*�� �#�����������[��':'��§#�&�V��������[��':�j��<�������&��������#������������W�������$�$����#����������V�������!B��W����@B����������$�����������"�/�����������!���@���$�������/����������$��B���/����#��/����!����C����[�#�#���B��W!���������N

3Fe2SiO4 + 2H2��£����3O4 + 3SiO2(aq) + 2H2(aq)fayalite magnetite

regarding hydration of olivine and

Page 29: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

21

1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization

3FeSiO3 + H2��£���3O4 + 3SiO2(aq) + H2(aq),ferrrosilite magnetite

��/����/��B��������$������!B��W�������������������[������WB/�����������B�$�������$��-"������$�"�/���������W��������$��"���������"!�������$������������@���������B���-

Fig. 1. MgO-SiO2-H2O (MSH) chemography plot shows that hydration of olivine will yield serpentine and brucite, while hydration of orthopyroxene will yield serpentine and talc. Only rocks with a 1:1 molar ratio of olivine and orthopyroxene will have neither brucite nor talc. Talc rocks (steatites) require addition of SiO2 (or removal of MgO) to form.

Page 30: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

22

1. Introduction

/����L������V�B��$���B���/��� �� ���� ����/���#����%#����������� �����WB/���$#/���B�of the system via the Knallgas equilibrium H2�`�j�¤�F���2(g) + H2(aq). Partially ser-!����C��� !��������� ���� ��� ���#��/� ����� ���B� ��""���B� ������� ��&��]���� ����B���+���#���`�3��j�������"������""���B���!����������B[�@#�����������#���`���j[��������`���j�����!#������V������`��"@������������[��'���������������~#�����[��'':j���V��been reported. Frost and Beard (2007) noted that although iron alloys are reported from ���!�������[���"����/����������������"�/������������@#$$��N

Fe3O4�¤����;�����2(aq)magnetite iron

"#����������������WB/���$#/���B������!���������+�����V��"����������"���������B��"�&��#!������/�Q�����V��#"���$����!������[�������"�����������@���#�����#���������"�����redox buffer – they merely react to redox conditions superimposed by other mineral – %#����#�@��������������|�����`�FF*j�������$#����������������WB/���������V����������N�

4Fe3Si2O5(OH)4�£����;������3O4 + 4SiO2(aq) + 8H2Oin serpentine iron magnetite

��#���!�������#�����/�Q������"�#�����$�����������W��������$��"������������[�!����#-����B�$��"����!�������L��B������#�����������������������������!�������"#���&��!�������������V�B������������!����/����$��"�����������������!���#��/��@#������"�/��-tite and traces of native iron. Possibly native iron and magnetite form at the expense of Fe(OH)2���@�#���[��������/��������$������/���������N

6Fe(OH)2 + O2`��j�£����3O4 + 6H2Oin brucite magnetite

2Fe(OH)2�£�����;����Y2O + O2(aq).in brucite iron

L��������������������� �V��V������[�@#������������$��"������$�"�/�������������V��iron. � +����#/�� "����� ����B�� ���� �#�$#��!���� �#�Q���� �!!������B� ��� ���� @#$$��� ����W�equilibria during serpentinization, they can be used as a redox monitor. Frost (1985) noted ���������!���������$��]�������B����!��/��������!��������������������WB/���$#/���B�$�#�����QV����/�#����@����������<��`$�B�����"�/�������#���Cj�@#$$��[��������������-��/��������!������������#�@����������WB/���$#/�����������������W������V�����/�#����@������<����������"����"�[���������"��������@�������"��B��"�������$�������#��[������������!���������� `|���C�V�&� ��� ���[��FF���Y�����[��FF�j������V���@��[� ��� �����

Page 31: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

23

1.4. Mineralogical and petrological aspects of serpentinization

fugacity–fugacity diagrams for O2 and S2 can be recalculated to better constrain redox ����������#��/����!����C������������!�������������QV���$�����!�������������������-�V�B�]����V�B�����$#/���B�]�$#/���B���/��"��$�����]�]�] �������]�]�] �!���������������#������������������������!����������@����"�����������������]�]�]�] �!��������������������!����$#������[������"�����������/�/�����W����������$��"�����B������������/�����!����C���������Q����B�����#@���#����������C����� Based on petrographic and mineral chemical results, Bach et al. (2006) pointed �#�� ���������@#�����$����@����������!�����[�"�/����������@�#����#��"����B������-"������������W�����������#��/����!����C������<�����"�����|����`�FF'j���"!#�-ed the most elaborate serpentinization model so far, as they explicitly accounted for Fe+2-!�������/� ����@���[� ���!����������@�#�����������$� ����!��V�#�� ����������� ��#����that used reaction path models to emulate serpentinization did account for solid solutions �$� ���!������ ����@�#�����L�� /����� �������#!��&�� �� �� ����#���V���"!�Q������ ��������#�����/�Q�����B���������@��B��$�!������������W��������������/������[�$����#������incorporated into serpentine and brucite is not available for the generation of dihydrogen and models that account for Fe-partitioning appear to predict much more reliable amounts �$���B���/�����$����������������������!��������������!����������@�#���[�����$����������"�/����������������������@����/�"���������V���@���������#����B[���������!����"�����[��������/��������#!��&���������!����������@�#���[��V���!�����������"�#����$�dihydrogen generated during serpentinization.� +������"��B��"����#�@��[����#��/���������@#�����$����[�@�������%#���������!�����[�@�#��������"�/���������������/�B���!������������"!����#��[�������������&������ ���� ��"!������ �$� ���� !���������+������/� ��� "����� !��������� @B� <�����"�����|����`�FF'j����C@#�/���#����/��/����!����C������������FF]����;����/��������������V��B�����������������&����������#���/������������/���������"�#�����$�"�/����������thus the greatest amounts of dihydrogen.� �������B[� �B$�������������&����̀ �FF*j�����#����������!����C������W!��"��������FF�;������F�<�������!�������#���������"����:F�"�"����&/���`"<j���B���/��������/��������[������#/��V��#���B����"�/����������!���������������!����"����!���#�����Surprised by this result, they used Mößbauer spectroscopy to analyze the valence of iron �����!������������"������������������$��$���������V������������@V�#��B[��������B�����formation of magnetite is important for the generation of extremely reducing conditions during serpentinization, Fe+3 incorporation into serpentine appears to be an important fac-����$�������/����������$����/���"�#�����$���B���/����������� In the third chapter reaction path models for serpentinization of peridotite are presented that include the Fe+3-component in the serpentine solid solution. The modeling ���#��������@����"!������������#�����$�"���������"��������<=>@�#����!��������!������B�����$���"!��������V�����$��"��^��{�/��F'[�Y������*E+����$#����������#���������-ing of Fe+3 partitioning into serpentine and its implications for dihydrogen generation.

Page 32: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

24

1. Introduction

1.5. Rodingitization

� ����/���[���""���B�$�#�������������/�B����!����C���!��������[���V��#�-dergone intensive metasomatism as a consequence of the serpentinization of surrounding !�������� `���"��[� �'���� �����[� �'*��� ��Y����B� ��� ���[� �''��� ������� ��� ���[� �':'j��L����B!����!���������$�������/������/�@@���`���@�����j��&�[���"���B���"!������$�!��-/������[�����!B��W����������V���`�����/���j�������"!����������!�������[�/�@@���contains much more SiO2[��������+�2O3����#��������������������!����C������$���peridotite are rich in calcium, as serpentine and brucite usually contain no (or only trace �"�#�����$j�����#"������������%#��������������������!����C��������������!����(if the protolith is olivine-rich, i.e., orthopyroxene-poor, see chapter three), buffered by ���!������@�#������#�@����+�/�@@�����������#���#�����@B����!������������Q��������@B����!����C�����%#��[�������V��@�B�/�������#"[���������������`�����/���j[����#��-�/� �������������/�� ��"������/B�`���"��[��'�*j�� �������B�"����������"@��/����� ����/���� ��"!���� �� ���/�� �$� �]+�� �������[� ���#��/� C����[� !������[� /����#-���U�B���/����#���[�����V��#V������������!����������#�#���B���!�����������������+��"��������������!����/#�[������#�����������������%#��!���"�������!����#������V�������/�C����[��/�������V�B�������� ����V�B��L����#����������"!������V��B���-dressed in chapter four.

An

TrmDi

PargSerp,Fo, En

ChlGrs

Zoi

Prh

CaO MgO

Al2O3

An

TlcTrm

Di Parg

SerpChl

Ol

Opx

Zoi,Prh

Grs

0.75*CaO 0.75*MgO

SiO2

An

TrmDi

PargSerp,Fo, En

ChlGrs

Zoi

Prh

CaO MgO

Al2O3

An

TlcTrmDi Parg

SerpChl

Ol

Opx

Zoi,Prh

Grs

0.75*CaO 0.75*MgO

SiO2

A:�fresh�rock�(plg+cpx±ol) B:�rodingite�(grs�di±chl)

Fig. 2. CaO-MgO-SiO2 and CaO-MgO-Al2O3 chemography plots indicating that advanced rodingitization is associated with a loss of SiO2 and a gain of CaO.

Page 33: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

25

References

References

+@������[�L��+�[��������[����^������|��#��[�\����`�':'j��~�"@������!�����[����!!���[�I. Geology and petrology of the critical zone of the Acoje massif. Tectonophysics 168, 65-100.

+@������[�L��+�[� �#����[�����[�|���&�[����X�[�{B��[�\��{�[�������[����������� ��V���[���<��`�'::j��<��������B���/���/������!�[�~�"@������!�����[����!!���N�^��!��������������/�����"����\����/B�*�[���������

+/�����[�\�� `����j��^�����<���������Y��V��[�Y�������Y��V��[��Y�[��'�F[�_�/��������������[�^�V����#@������[�����§��&�

+/����[���[������[�\������|�����[�<�����`�''�j��<������/���������WB/�������!��$���#�����$����!������������V�����$��"����������U�������������������������@�-���+@B�������������N�}��"����[����|��`���j���������/���$�����������^����/����/��"� ����Q�����#���[�����/�� �����[�������^����/����/��"[��E������

+�@������[������[�������[�\��|������X�#����[����<��`�'*:j�� ��#��#����$������������������"�������������#���`{�����j��*�[�E���E�E�

+��W�����[�����������Y��!��[�\��^��`�''�j��L�������!�����!�����N�+��������������/#��$���������!�����/���/������N�������[�{��<�[�<#����[�|���������|�����/[����̀ ����j��!�������+���L����<�������������+����/#����{�����N�\����/���� ����B�Special Publication, 3-38.

+����[�^��_������ �B$���[�}��_��`�FF�j���"!��������������������V����%#���$��"�#����-"�Q����������B�������"����B���"�����"����������/��N�+���W!��"��������#�B����EFF;[��FF�@�����\����"��������"���"���+�����*[��������E��

+����[�^��_������ �B$���[�}��_����� `�FFEj�� ��!����C��������������/��������N����-�������$��"�{�����B��������@����B�������"����B���"���\����"�����"�-chimica Acta 68, 1347-1354.

+��[� ��� �� ���� ���&�[�}�� �� `�'':j�� #�$#�� �� ���!����C��� ������� !��������N� ��-!����C�����!�������������"���@����#�$�������#��������#������$�\��!�B�����Research 103, 9917-9929.

+��[� ����[� ���&�[�}���[� ���[�|���[�}�[���#��&[�Y�[�\�����[��� ��� ����|��#���[�\��(2007). Hydrothermal alteration and microbial sulfate reduction in peridotite and /�@@����W!�����@B�������"����$�#���/��������<��+���������/�[���;�F���̀ �^��{�/��F'jN�+��#�$#�������WB/�������!����#�B��\�����"���B[�\��!�B���[�\���B�-��"��:[��F:FF�[���NF:F�F�F�F�'UF�FF*\FF���*�

+"�[�<�[�_�����#��[�+�[�|=�"[���[����C&�[���[�|���[�}�[�\��@�� ��=�@��/[�^�[����-���[�<�[�|��&[�|�[�{��&������C[�X�� �� ����Y�#$$[���� `�FF:j�����#"� ����!��`¨44U40�j�$���������������/��B�������"���!�����B�[�{�/�����V�Q����`<��+�-��������/�[��E;E���j��\����"��������"���"���+����*�[�E�F*�E����

+��w#����[������`�'*�j��L������#����$����B��������@���������#�����������#������+$���N�+���V����_����"��\����/B�*�[�'������

Page 34: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

26

1. Introduction

+#"����[��������{�#@��[�Y��`�'*�j��L���<��+���������/�������E��;���©���� ��!��-��C���#����"�Q�����#���������������#������$�_����� �������¤���#��������-dien des Sciences de la Terre 8, 631-663.

|���[�}�[�|�������[������[�̂ �&[�Y�����|������|�&��[�_��L��̀ �FF�j��̂ ���V��B��$���������������V���B�������"�����!���������/�����#����������!�����/� �#���������������/���F���;_��\�����"���B[�\��!�B���[�\���B���"���[��F��F�'U�FF�\FFF�*'�

|���[�}�[�\�����[�����[�Y��V�B[���[���#��&[�Y������������[�<��`�FFEj������@��������-����!�������������������]��������/����$��"��^��{�/��F'[�<+����ª���\��-���"���B[�\��!�B���[�\���B���"���[��F'���[���N��F��F�'U�FFE\FFF*EE

|���[�}������X���[����`�FF:j�L���!������/B��$����%��������/���N���/����$��"�/��-���"������������!����"�����/��{����[���N�F��F��U���������FF:��F�F��

|���[� }�[� ��#��&[� Y�[� \�����[� �� ��[� ����$����[� |�[� <�#���[� }�� ��� ���� Y#"!���[� �� _�� `�FF�j�� ����V���/� ���� ���#����� �$� ���!�����C����� ��������N� !�-trography, mineral chemistry, and petrophyscis of serpentinites from MAR ��ª�� `�^�� {�/� �F'[� ��� ��*Ej�� \��!�B����� ��������� {������� ��[� {���F�[���N����F���F�'U��FF�\{F���:��

|�&��[�_��L�[�_�"����[�Y����[�<�����[������[�|���[�}�[�̂ �&[�Y�����|�[� ���[����_�[�}��&��[� ��{�[�|�������[�����������{��/"#�[���Y��̀ �FFEj��YB�������"���V����/�����"�/"��������N�L���#����������!�����/�\�&&������� �#���������������/����\�����"-���B�\��!�B����\���B���"���[��F:FF�[���N�F:F�F�F�F�'UF�FFE\FFF*���

|�����[���[�{�"�����[����������Y""��@��/[�\��`�'�*j��\�����"�����V�������$�!���-ent-day serpentinization. Science 156, 830-832.

|�����[���[������[�����������L��������[�������`�'*:j������������B����!����C������������������[��"�������§#/����V���\����"��������"���"���+����E�[��EE�145.

|���/�[�������+�� �[�����[����<��+�[����V��[����<����� �[��@���[�+�[���#�#��[�§�[��������[�Y�[�������[�{����������B[���������� ��`�''*j��L������@������!���������������!��-������#�!��������&���&�`<��+���������/�[�+<+����/"���jN���!���"���B���!�����$������{��_ ����#�����_� �L�����������+"������\��!�B����������78, 832-833.

|��#�V[� |�� ��[� X����V[�+�� \�[� <��&�V[� ��� ��[� ���&����V[� \��+�[� X�����V[� �� \�� ����{��C�[�§��^��`�''Ej��<���V���#�Q�����!���������V���������E;E���[�<��+�-��������/���|��^\_�������������[����F�

|���C�V�&[�\��+�[�^��@#�����&[����+������X��V����&�[�L��+��`�FF�j��{�����"!����#���heat capacity of pentlandite. American Mineralogist 86, 1312-1313.

|���&�[���<��`�''�j��\�����"������������<�����/������§��&N��W$������V����B�Press.

|���#[�̂ �[�Y�@���[���[�Y�&���[�������������[�<��̀ �''�j��<���"��!��"��$����!�����-������&��$��"�����\������������$����L����$��"�`_�������Q�������������;��� j��

Page 35: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

27

References

��#������$�\��!�B��������������'�[��F[F*'�F�F[F''�|���"��[� ��Y�[�}�/��[�^�[�<��{���[�����[�L�!!�[�^�[��$�[���[��������[�L�[������[����

{�[�\���[�X�[����[�L�[�X��"��[�<�[�<�Q[�X�[� ���[�Y������}������[�<��`�''�j��\����/B��$�����L��/��$������N�+��#@!���#@�#�����C�����!�������_� �L������-tions American Geophysical Union 77, 325.

|�/����V[�§��+�[�|����&�V[���� �[��&���B�V[������[�\#�V��[�_��\������ �/���V��[�+��<�� `�''*j��+� ���� �B!�� �$� "������ "������$��"�/� �B���"N� |���&� �"�&���� �$������B�������"���Q��������E;E��������#��[�<��+���������/���\����/B��$�����Deposits 39, 58-78.

|�����[�\�[�����#�[�\�[�����[�<������\������#[����`�':'j���������#���/�@B����!�������@��������$����"��/�������#����E�[���������

|�����[�_�[�_"���[��[��������[�\�[�Y������C[� ��������B����[�Y�� `�'*Ej�������"�Q��carbonate breccias from the equatorial Mid-Atlantic Ridge. Marine Geology 16, 83-102.

���[������[�|���&"��[�^��X�[� "��[�^��X�[�<�+������[�_�[��������[�|�[�<����[� �[�+V-/�����[�_�[�������[�+���������_������[����`�''*j�����#/�������!��#�$�����$��"��������/�������$��"��������������������<��+���������/������#����:�[���'�����

�����[�<�� `�''�j��_"!����"�����$�"������ ���&�� �� �������%�������"�������� ��/������#������$�\��!�B��������������':[�E����E�*��

�����[�<�[�|���#[�|������|�#/�#��[�Y��`�''�j�� ��!����C���!�������������/�@@����������<��+���������/���W���V����B������;�*���������;������_�����������������B� ������{��������F'[�:*��F��

�����[� <�[� |���[�+�[� ^�!�#�[� �[� _������[� ��[� \���/��[� ��[� {�[� ��[� <����#��V[� �[�<�BC��[��[�<#����[�<�[���#��#��[�\�[���@��[�+��������� �V�[����`�'''j��<��+���������/��+C���������!�������������N�����/��W��"/�������$�������!�����-rived event of enhanced magmatism 10 to 4 Ma ago. Earth and Planetary Science {��������*�[���*���'�

�����[�<�[�<�V��[��[�<��[�<�[�^�!�#�[��[�^#����[��[�\����[���[�+/����[���[�|�����#-��[�+�[�^#@#����[�\�[�Y#"���[�_��������B�����[����`�''�j��L�����#��[�#����"�Q���W!��#���[� ���� �#//��� $�#���/� !�������� ��� ���� <��+������� ��/�� `��«��E«�j��Geology 23, 49-52.

��"@�����[����+�[�<�{���[�����[�L����[�����������{�������[�\�����`�'��j�����V��"��-����������<#�&�W����#��������������#������$�_����� �������¤���#��������-dien des Sciences de la Terre 2, 188-215.

��!����[����Y�[�������[�X�[�|�����B[����<�[�<����[�|��+�[�#$�[� ��+�[�X��@��[�{��{������{�V��B[�^�����`�FF�j��+��B���/���@������#@�#�$����"���@�����""#��B���"-������@B�"������/��������#���E��[���������

�����#[����{�[�^��V��[������[���#�#��[�§�[������|�!����[��������Y��"[����`�FF�j��\��-chemistry of high H2�����Y4�V����%#��� ��#�/� $��"�#����"�Q�� ���&����� �������@����B�������"���Q����`��ª�E��[�<+�j����"����\����/B��'��

Page 36: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

28

1. Introduction

�����#[����{�[���#�#��[�§�[�|�#/�#��[�Y�[�^��V��[������[�_��#@���#[���[������|�!����[���[�^�!�/�B[�+�[�+!!��#[������������[����+��`�'':j����������Y4 plumes generated @B����!����C������$�#����"�Q�����&���������������������$�������;�F���$����#���C������������<��+���������/���\����"��������"���"���+������[������2333.

���"�&[� ���+�� ���� �"����[� ��� ^�� `�':'j�� _��"���/� ���� ����"��B��"�� !��!������`¢\;$�����¢Y;$�j��$��������"�����������':�X�$��"������#"��$�!��B������������-butions. American Mineralogist 74, 1023-1031.

���������[�������`�'*�j��L����@#��������$����!�����������������������#������#������$�Geology 80, 709-719.

���������[����������� ���@#�B[�<��Y��`�'*�j�� ��#��#���������"!�������$��������������������#������V������\��!�B�������� !������B������[��*�:��

���"��[����\��`�'��j�� ��!�������[�����/���[����������������#���������!����B!��mountain chains. Geological Society of America Special Paper 73.

���"��[����\�� `�'��j������~����������!����������������������"�����"���� ���&�������~�������\����/���� #�V�B[�|#������*�[��F��

���"��[����\��`�'�*j��{�����"!����#�����������C�����������!������&���$���$����[�Oregon, and Washington. US Geological Survey Bulletin 1247.

��$������������!������`�'*�j�����������������$������N��!��������\���"����*[��E�25.

�V���B[����<��`�'*�j��YB���/����������!������������������������������C������$�/������������������������<��[�+���/���B[���$������_����"��\����/B���������|#�-letin of the Society of Economic Geologists 66, 1265-1266.

�V���B[����<�[�\��@�����[�_��|�[�~�����[�_����[�^�������$$[�\��+��<������+�/��[�_��_��(1987). Serpentinization and the origin of hydrogen gas in Kansas. AAPG Bul-letin 71, 39-48.

^�+�����[�<������X��������[�<��|��`�FFEj�� ��!����������@�#�����$�#����"�Q���������$��"� ���� �#��� ��"����� ��"�#��� `������ ^����/� ���/��"� {�/� �'�[� �����FFjN��$��������$����������!����C������$�����<������$�������"�������<�����-ogical Magazine 68, 887-904.

^����C�[�<�[�|����[�������|�#����[�^��`�FFEj��L���������B�������"������&��$��"����� �����#������������$����#���C����� �� ����+��������������_#��!������#������$�Mineralogy 16, 73-83.

^����&[���� �[���W[������[� ��#�C[������[����&���B[����+�[�X��/[�{�[�<�B��[�{�������B��[�}��|�����̀ �'::j��\����/�������������������/��$�����<+�X�����[���/��F�U�F'��������Report, Proceedings of the Ocean Drilling Programs, 15-22.

^�&[�Y�����|��`�'*Ej��L������������&�������$��"���������!������������[����/����/�����#������[����������[�������/����_�����������������B� ������{�������

^�&[�Y�����|��`�':'j��+@B�����!��������[�V��B�������!�����/���/���������������/��"�/"���"����N� �#�����[�+��^����������B[�<�����`����j�<�/"���"�������������

Page 37: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

29

References

|�������W$���N�|���&����[�*���F��^�&[�Y�����|�[�{�[�������� ���#���[�Y��`�FF�j��+��#����������!�����/��������$�������

��/������#���E��[�EF��E���^��������[�<�����`�':�j��������@#�����$��������"������#��/����!����C��������������

carbonate alteration of some Archean dunites, Western Australia. Economic Geol-ogy 76, 1698-1713.

^��V��[������[������#[����{�[�^�#V���[�_�[�X����B[���[���#�#��[�§�[������V���[�_�[������|�!����[���[� ��V�����[�<������\��"��[���`�''*j��Y/��Y2�����Y4 content in �B�������"���%#���$��"����@�����������B���"!���������;�E����������+<+����/"���[�<��+���������/��`�V�/��{��_ ���#��[��#�B��''*j���"!����������������<+��������_� �L�����������+"������\��!�B����������E*[�:���

^�#V���[�_�[������#[����{�[����&���[�_��Y�[�|��V��#[���[���V������[�����[�^��V��[������[���#�#��[�§�[����#�[�̂ ������+!!��#[����̀ �FF�j��L������@���V����%#���̀ ��;�E��[�<+�jN������%#������$�#����"�Q�����&������!�������!����������������"��������-���������<��+���������/���B�������"���%#������"����\����/B��:E[��*�E:�

_�&������[�������`�'*�j��L���^#"���� ��!������N�+�"�����$������������$���&��$���#���!��#��"����������"@��/���@B����������������������#����"�Q�����&���_����"-ic Geology 70, 183-201.

_�"����[�Y����[�<�����[������[�|�&��[�_��L�[�������B[�^����[� ���[���[�{��/"#�[���Y�[�^�&[�Y�����|�[�<���[���[�\��"��[����������\����"[�^��}��`�FF�j��^���V��B��$��@#�������B�������"���V����/��������#�����������!�����/�\�&&�����/��������+���������������#���E��[�� ���FE�

_�������[���[�Y���[�\������_V���[�|��̀ �''*j��_$$������$����!����C�����������������!����������/�������������B����$����"���$�#���/����������!�����/���/����_�������������-����B� ������{����������[��:���:'�

_V���[�|��}��`�'**j��<���"�!��"��$���!���!���������������!��������+��#�����V���of Earth and Planetary Sciences Sci. 5, 398-447.

_V���[�|��}��`�FFEj��L������!������"#���B���"���V����N����B��������"������@������-�����������\����/B���V���E�[�E*'��F��

_V���[�|��}������L��""����$$[����`�'*Fj����/�����"���"��!��"��$�#����"�Q�����&���������������+�!�N�����/�������������B���"����</�� �2-H2��� ����C��-sche Mineralogische und Petrographische Mitteilungen 50, 481-492.

��#�#��[�§�[������#[����{�[��������[�Y�[����$����X����B[���[�^��V��[������[�^�#V���[�_�[�+!!��#��[���[��"@��[���[�����[�Y�[�{���#�[����§���������"���[�+��`�''*j��^�-��V��B�����Q���� �#@"���@��� �V���/��������� �������@����B�������"���Q�����������<+����;�E����_� �L�����������+"������\��!�B����������*:[�:���

�����[� |�� ��� `�'*�j�� ������� <���"��!��"� �$� ��!������[� ������� |���&����� ��������/����������B�\��_��B�����[���������������[�}����/�������#������$���-trology 16, 272-313.

�����[�|�����`�':�j������������@��B��$��#�Q���[��W�����������V��"�����������!��������

Page 38: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

30

1. Introduction

��#������$��������/B���[������������[�|���������|����[���� ��`�FF*j�������������V�B��������!����C��������#������$�

Petrology 48, 1351-1368.�����[�|����[�|����[���� �[�<��/[�+����������$$�[�_��`�FF:j��L���$��"������$�"����

����/����$��"���^��Y�������F'^N�X�B����#����������/�����!��������$����!��-��C��������#������$��������/B�E'[����'���::�

�����\����[�\��{�[�X����B[�^�� �[�|��������[� ��<�[�X�����[����+�[�{#��/[�X��+�[�|#�-���Q���[�^��+�[�|����[�����������&#����&[�\��`�FF�j���F[FFF�B������$��B���-����"������V�B��������{�����B�V����Q����� �������F�[�E'��E':�

�����\����[�\��{�[�����[�+������{��#B��[���`�''�j���������/���������@�������!�����-������������B�������"��������������������!����C������$�����_�����������"��-�������Y����^��![� ���:'�����N�<�V��[��[�\���[�X��<�[�+����[�����������<�B��[���� ��`����j���������/���$�����������^����/����/��"� ����Q�����#�����E*����-��/�� �����N�������^����/�!��/��"[��F'�����

��B��[���[�+"@��[�_��{������Y#����/[�^��<��`�':�j����/�������"!����"�����$�<������Forearc seamounts. Geology 13, 774-777.

��B��[� ��� ���� ��B��[� \�� ��� `�':*j�� ��/��� �$� ����V������� ���"�#���� �� $������� ��V-���"��������N�X����/[�|��Y�[���B��[���[�|��C�[��������|�������[�\��}��`����j���� ��"�#���������������+�����[�<���/��!�� �����N�+"������\��!�B���������[�61-69.

��B��[��������<����[�<�����̀ �''�j��{�����/B[�"������/B[�������/���$����!������"#�����-��V�����$��"�����������L����"��$����������"�#���N����#�����$�{�/���������-�/����������/���$�����������^����/����/��"� ����Q�����#�������[��E������

\�@���[������[�<�C/�V�[������[�|������V[�§�� �[� ��!���V�[�L����[����&����V[�\��+����������[�<����� `�FFFj���!!��� #�Q���+���������� ����������������������$� ����{�/�����V�YB�������"��������`<��+���������/�[��E;E���j��\����/B��$�����Deposits 42, 296-316.

\��"��[�����[�X��&��""��[�\����������#���&[�<��̂ ��̀ �''�j��L������@����B�������-"���!�#"�[���;����[�<+���\��!�B��������������{���������[��'*'��':��

\����[�_�[������#[����{�[����$����X����B[��������������[�{��<��`�FFFj�����������$��"��$$���������/�����<��+���������/����#����$�����+C�����`�:ª���Eª�jN�#����"�Q���W!��#�������������/��$��B�������"���V������_�����������������B� ������{�������177, 89-103.

Y���/��[�}��`�:E�j�����#����������$������+@�����#�/����}���Y��!��[�\��^�[�|��"��[�����������X#���[����`�'::j��+�Q���[����"���[��������@�������!��

��#�B��$��#@���%����"���"��!��"��$� ��������!�����!�����[���$��������-/������#������$�\��!�B��������������'�[�E����E����

Y���[�Y��Y��`�'��j��Y����B��$�������@����[����������/����#���N�+�V��#"�����������+��F. Buddington. 599-620.

Y������C[��������X���[����`�'*�j���������/B��$�����/����$��"�������#�������<��+����-

Page 39: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

31

References

���$����#���C��������������/�����������/�Q�����������@#��������<������/B�and Petrology 49, 233-257.

Y��������[����|�[����"��[����\�[�<#"!���[����+������_V���[�|��}��`�'��j��|�#������alpine serpentinites. American Mineralogist 51, 75-98.

Y�����[����+��`�FF�j��L�������"��B��"����$���������������������#��N�+���V����$����������!�������/��"��<�����#�/��������<��������L�����������+��E[��*�'��*�'�

����$����[�|�[�|���&"��[�^�[�����[�|��_�[������[�§�[�<����[�^����[�<��{���[��������������/������������^����/����/��"�_W!��������FEU�F�� ����������B�� `�FF*j����������������"!��W���������#�����������������������!�����/���/����\����/B�35, 623-626.

�B��[�X�[�+#�����"[�Y�[� ����[�L��������"�V��[�|�� `�FF:j�� ��!����C������$� �������-���������!�����������"��/�����"����������#�����N�����������$��"�����{�&���!�������"!��W[������B����"����\����/B��E'[����'F�

�@&[�Y������<��#��[�+��`�'*Ej��|��������������!�������$��"������#���������L�����[�2. Rare-earth geochemistry. Marine Geology 16, 205-211.

��������[�}��`�'�:j��_W!��"�������V���/������$�������������$�����������Y2��¤����-!��������@�#���������@#��������<������/B������������/B��'[��F����'�

X�����[����+������^�&[�Y�����|��`�':�j��L���������$���/�������$��"��������������������Kane Fracture Zone. Marine Geophysical Researches 6, 51-98.

X�����[����+������_����[�^��`�':*j��_V������$���V����������"�/"��!���#���������/���������!�����/��������N�+���������!!�������\����/B���[���*�����

X�����[����+������{�������[����<��`�''*j��L������������/��$����!��������W!��#�������������������"�����V����B�������$�����<+�X������������V���B��$� ���'�F����N�X�����[����+�[������[�<�[�<����[�^���������_�����[�^��`����j���������/���$�����������^����/����/��"� ����Q�����#���������/�� �����N�������^����/����-gram, 5-21.

X���"��[���[�X&���[�_�[�<����[�^���������{�/��F'� �!@����� ����Q������B��`�FFE�j���^�� {�/� �F'� ������ ���� "������ !�������� ����/� ���� <��+������� ��/�� $��"��E;�������;������^_ ���#������F[��E��F�

X���"��[����|�[�X&���[�_�[�<����[�^����[�+@�[���[�|���[�}�[�������[����{�[����B[������[���"@���[�{��<�[�������[�<�[�!���[�+�[�^�&[�Y�����|�[���#�[���[�\�����[�<�[�\�����[��[�\��[���� �[�\�����[�<��<�[�\����"[�^��}�[�\�$Q�[�^��}�[�Y��-V�B[���[�����$����[�|�[���#����[�\����[�����$[���[�<�#���[�}����[���#��&[�Y�[�������[�<�[� ��������[�L�[� �B���[�<������L�&�C���[�_��`�FFE@j��{�/��F'��#""��B�����-�����/���$�����������^����/����/��"���������!�����������/�"������!������������/�����<��+���������/��$��"��E���/�������������/����������V���/�{�/��F'��$�������#�����$����������/�V���������^_ ������#�����������������[�|��C�[���� ��\���/�[�|��"#������������:���*�[���<�B����#�B��FF�����/�����'N�L�W���+¬<���V����B�������^����/����/��"�����/�� ������L©������� ������

Page 40: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

32

1. Introduction

X���"��[����|�[�X&���[�_�[�<����[�^�� ��� ��������B[� �� �� `�FF*j��{�/��F'� �#""��BN�!��������������F�&"����&�����#��V��@�#����B���B���@�����������<��+���������/�[��E;]��;�������N�X���"��[����|�[�X&���[�_����������<����[�^�����`����j��������^�[� ������#���������/�� �����[�L©N�������^����/����/��"[������

X����B[�^�� �[�X�����[����+�[�|���&"��[�^��X�[������\����[�\��{�[�|#����Q���[�^��+�[�{�-��B[�<��^�[������[�_����[� �����&[�<����[����[�X��X�[�{�@��[�\��L�[��VCC/��[������������B[�+�� ��̀ �FF�j��+���$$��W���B�������"���V����Q�������������<��+���������/������F;������#���E��[���*���:�

X����B[�^�� �[�X�����[����+�[���#��\����[�\��{�[�§���/��[�^����[� ���&[�L��<�[�|#����Q���[�^��+�[�Y�B��[����<�[� �����&[�<����[������[�_����[�����&#����&[�\�[���&#@�[�<�[�|�����B[�+�[�{�����[�|�[�{#��/[�X�[�\��&���[�^�[�|#�&"��[�X�[�|�����B[�+�� �[�|��C�����[�}����[����[�X�[�_����[�<��{�[�^�����#�[�+�[�|��������[� ��<�[�{���B[�<��^�[�|�����[� ���+�[� #""���[����_�� ���� B�V�[� ����� `�FF�j��+� ���!������������������B���"N�L���{�����B�YB�������"��������� �������F*[��E�:��E�E�

X����&[�^��`�FF�j�� ��!������� #@�#������ �������':[���EE���E��X���[��������|���[�}��`�FF'j����������� �!����������������!���������������������-

����������#������$��������/B��F[��*��'�{�/�@�����[�§�[�|���#[�^�[������[�<�[�X�����[����+������<�V��[���`�'':j�������"�Q��

"�Q��!�#��������&��#�����W!���������/�����<��+���������/��`�F«�����F«�j�� B""���������B""������� ����@#���� ���� "!�������� $��� ���%���� �!�����/�!������������N�|#�&[�}����[�^�����B[����L�[�X�����[����+������{�/�@�����[�§��`����j���#���/�����"�/"���"����"����������/����}����/���[�^��N�+"������\��-physical Union Mongraph, 153-176.

{�#����[����`�'*�j���������/B��$�������!����B!�����!���������$�+�@����������L���$����<���[��#�@���� ����C�������<������/�����#��������/��!������<����#�-gen 55, 431-455.

������W[�+����[�^�&[�Y�����|������}��&��[����L��`�''�j�������/�������$����"���#��X���������<��|�$��"����� �#���������������/������;���_�����E;�:�_������-butions to Mineralogy and Petrology 110, 253-268.

{�#[����\������_����[�}��\�� `�'*'j�����������/��"���"��!��"��$� ����_����L������!�����������@#��������<������/B������������/B��:[������E:�

{����[������|��`�'*Ej���������!�����������$������������������&��\��!�B�������#��������Astrological Society 39, 465-509.

{�����[���������������[����+��`�FF�j�� ��%�����B�������"����B���"����V���@B��������-!����C�������$�!���������\��!�B��������������{��������'[���E�

<�����"[�L��<��`�'''j��<������/�����������!����������#�����$����"��������/B�$���primary biomass production by autotrophic organisms in hydrothermal systems ���_#��!�����#������$�\��!�B���������������FE[��F*�'��F*E��

<�����"[�L��<��`�FF*j��\�����"����������������� �#������$�<���@����_���/B�$�����"������#�����!�B� �� �����"�Q��Y������ ^��!� ��� YB�������"��� B���"���

Page 41: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

33

References

Astrobiology 7, 933.<�����"[�L��<������|���[�}��`�FF'j��L���"��B��"�����������������B���/���/�����-

�����#��/� ���!����C������$�#����"�Q�� ���&���\����"��������"���"���+������N�F��F��U��/����FF:��F�F���

<�V��[���`�FF�j�� ��!����C������$��@B�����!�����������"����������/���������\��-science 335, 825-852.

<�����[������[�{��/"#�[���Y�[�^�&[�Y�����|�[� ���[����_�[�\�������[� ��{�[�\����"[�^��}�[�{������[�X�[�X#����[�\�[���&��[�}�[�<#���[��������_�"����[�Y�����`�FF�j��<�/"���������"�/"�������%����/����������������#����������!�����/�\�&&�����/�[�+���������������#���E���

<B�����[�+�[� ���[��������_��/[�<��`�'�'j���"!������������/���$����!�������$��"�����<��+���������/��������E�������F������������#��������@#��������Mineralogy and Petrology 23, 117-127.

<���B[����|��`�'*�j��+���W!��"��������#�B�����������!����C������$�����@����/���V-ines. American Mineralogist 14, 462-478.

<��/��[�}�����`�'�:j������[� ��������[�/�����$�#����������#�����@���&�����#������$�\��-physical Research 73, 1959-1982.

<����[� <�� ��[� X�"��[� �� �[� ��B��[� ��� ���� <�B��[� �� {�� `�FF�j�� ^��!����@� %#��� $#����W���"�!����+������� ��� �� <������ $������� ���!������� "#�� V������N� ������^����/� ���/��"� {�/� �'��� \�����"���B� \��!�B���� \���B���"�� E[� ��N��F��F�'U�FF�\FFF�::�

����[������� ���/��[�\��̀ �':�j��YB���/���/���������$��"�"��������#�������&�����"����_�����������������B� ������{���������[�������F�

�������[�X��Y�[����/�&[��������L�&�[�X��`�FF�j��YB���/�����V����#@�#�$���������#��-���!���"���@�������B���"��` {<_�jN�������B��W���������B����#������������Trends in Microbiology 13, 405-410.

��&��[�_��Y��`�'�'j��L������#��������$����V����&����������������!���������&��$�����_�������L�����!���$��#�@������V������������<������/����[��F*���'�

������[�+��`�''�j��L���<����������/��N�<�#������|����� ���{�V���N� !��/������-lag.

���"���[��[�}���"�������[�+��_�[�<����[������� �������[�Y�� `�FF�j��YB�������"��������������$���V�������%�������#/���#�����V�N��#������������/�������$����-pentine phases. American Mineralogist 87, 1699-1709.

�������[�\��L������Y��!��[�\��^�� `�'::j�������"�Q��$�#��� ���&��¬��������������"����$�#���/�����������!�����!�����[���������/�����#"��L�������:*[��!�������¬��������{����!�����

��Y����B[�^�� ��`�''�j�� ��#�����������V��#"��!��@��"������!����C������\����/B��F[�705-708.

��Y����B[�^�� ��`�''�j�� ��!�������N����������$�������������!������/���������B������§��&N��W$������V����B�������

Page 42: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

34

1. Introduction

��Y����B[�^�� ������^B��[�<��^��`�''�j��L�����"!�������$��C�������L���������$��"�-tion of magnetite in serpentinites. American Mineralogist 78.

��Y����B[�^�� �[� ������[�_�� ������}�&�[�������`�''�j��L�����/���$�����/����$��"������[�|�������#"@�[����������#���������"����L������`Y2O) during serpen-��C������\����"��������"���"���+������[�'*��F:�

�����[�§�[� ����[������[����[�L�[�§#�"���[�Y������§�"�C�&[�L��`�FF�j������������$��"�����<������L��#/�N�Q���� ���&���� ����"������@�������������V��@��&�����@���������@#��������<������/B������������/B��E�[����:�

��/�[�������`�'�*j�� ��!����C��������|#����<�#����[���$����������@#��������<�-eralogy and Petrology 14, 321-342.

�������[����{����������[�<��Y��`�FFEj��\�����"����"�������$�"�����"���"���#����-"�Q���B���"�N����!����C����[�����/�C����[���������%�������@��������"��B�!���!�������\����"��������"���"���+�����:[�����������

������[� ��� ���� ������[� {�� `�':'j��+� �#�V�B� �$� ���� ������ ������ L�!��� �#������ ���������������+����������������"!��������$��������#�������V��#������������<���Marine Geophysical Research 11, 89-100.

��#��&[�Y�[�|���[�}�[�\�����[�<�[����Y��/[������<�[� #��[�\������Y��V�B[����`�FF�j��\�����"���B� �$� �@B����� !��������� `<��+������� ��/�[� ��;�F��[� �^�� {�/��F'j�� "!�������� $��� %#�����&� ���������� �� ����� �!�����/� ��V���"��������"����\����/B���E[��*'���F�

��������[������[���W[����������� ����@��[�_��`�'*Ej�����$�#��������!���������������/���-�/B��$��������������B�������#����E*[��'E��'��

Prichard, H. M. (1979). A petrographic study of the process of serpentinization in ophiol-��������������������#��������@#��������<������/B������������/B��:[������E��

����&#����&[�\�[�{���B[�<��^�[�X����B[�^�� �����������[�_�����`�FF�j��{�����"!����#���V�������!���#������������{�����B��B�������"���Q���[��V������$��"����B���/������@�������!��/������"�"��������"����\����/B���'[������E��

����&#����&[�\�[�{���B[�<��^�[� ������[���� �[������\����[�\�[������[�_����[�{#!���[����E., Sylva, S. P. and Kelley, D. S. (2008). Abiogenic Hydrocarbon Production at {�����B�YB�������"��������� ��������'[��FE��F*�

��"����[����`�'�Fj��­@�������!����[�+���#��[� �#����[�����_/������$���[�_�����#�/�und Paragensis. Mineralogical Magazine 29, 374-394.

����[����+�[�}���$��&[�{������|�����"[�X��`�':*j�� ��!����C���#����"�Q��������B���-����"������V�B��������<��+���������/���������������ª�����#������$�\��!�B�-cal Research 92, 1417-1427.

������[��������~#�����[� ��`�'':j�����#��������$����V�����[�������������������B�����������!�������$��"�����|����/������@������"���`}��������������+�!�j���Q����13, 43-56.

��#W��[� ��[� ��#�#��[�§�� ���� {#����[� ��� ��� `�FFEj�� �!!��� ����!�� �B���"����� �$� ����{#�&B� ��&�[����@��[�����{�/�����V�����%�����B�������"���Q������������<��

Page 43: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

35

References

Atlantic Ridge. Economic Geology 99, 585-600. �&�[� ��[� X#��&�@�[� <�[� ����[� <�� ���� ���[�L�� `�''Fj�� ��/�� �$� ������� ���!���@���

$������!����C������$������C#��/��������<������$����������"�#������V����$��B���/��� ���� �WB/��� ����!�� ������� _����� ���� ��������B� ������ {������� �FF[�291-303.

Sanford, R. F. (1981). Mineralogical and chemical effects of hydration reactions and ap-plications to serpentinization. American Mineralogist 66, 290-297.

������[� _�� �[� ��Y����B[� ^�� �� ����}�&�[� ��� ��� `�':'j�� ����/���� �� ��!����C��������"�Q�����&���$�����+@�@�\����������@���[����������������<������/���27, 579-591.

��"��[�X�[�X������&B[�+�[�\��@�[� ��^�[������V����[�{��<������ �$���[����`�FF*j��\�����"���B��$��B�������"���%#���$��"�����#����"�Q���������{�/�����V��B-�������"���Q���[������/��������������<��+���������/�����"!����������!������V���/��������"����\����/B��E�[������

�����&[�<����[�X����B[�^�� �[�|�����[� ��+������|�����[����+��`�FFEj��{�������������V��-��B���&�������#@���%����/�����"����!����������������{�����B�YB�������"���Field, Mid-Atlantic Ridge. Environmental Microbiology 6, 1086-1095.

��������[�L�[�������[�<����[�^�&[�Y�����|�[���#�[���[����B[�����������X���"��[����|��`�FF*j�����V����������%�����!�����/������������%���������������"�������@B��W���������$�#���/������;���������<��+���������/�N�+�������#��������B����-����$��^��{�/��F'��\�����"���B�\��!�B����\���B���"��:�

��#���[�<�[�|��&�[�^�[�Y������[�L������<�����"[�L��`�FF�j�� ��!����C��������������"!��������$���{$���������_���B�_���������<�����+����@���/B��[���E�

�B$���[�}��_�[����[���#���#&��[�^����������#[����`�FF*j������W��V��#��������"���������-$����#��/����!����C����������W!��"�����������������������#�B�����FF�;[��FF�@�������"!��������$���#����"�Q����������B�������"����B���"�����"����������/����\����"��������"���"���+����*�[��:*���::��

����[� �����`�'E'j�����&���$�����<��+���������/�����#������$�\����/B��*[�:'�'�� ���![����Y�[�<�@�"[�+�[����&����[�L�[����"��[����\������|��[�^��X��`�FFEj��Y2-rich

%#���$��"����!����C����N�/�����"��������@����"!�����������������/��$�������������+����"B��$� ��������FE[���:�:���:���

��V���[�L���������<�X���B[�������`�''�j��{����#�����!���"���@�������B���"�������!�basalt aquifers. Science 270, 450-454.

�#����[�����[�+@������[�L��+�[����[�<#������&[����|������<#�����@����[�X��`�':'j�� ��!����C������$�����+�����<���$[�~�"@������!�����[����!!������B���/���and oxygen isotope geochemistry. Ophiolites and crustal genesis in the Philip-!�����+"������"[������������N�_���V��[��F���F*�

L�&�[�X�[�\�"�[�L�[�L�#��/�[���[���&�B�"�[���[�Y��B�"�[�Y�[��������[�X��Y�� ����

Page 44: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

36

1. Introduction

Y��&���[�X�� `�FFEj��\�����"���� ����"���@���/���� �V������ $��� ���B���-gen-based, hyperthermophilic subsurface lithoautotrophic microbial ecosystem `YB!�� {<_j�@�������������V�����!������B�������"���Q�����_W���"�!�����:[�269-282.

Thayer, T. P. (1966). Serpentinization considered as a constant-volume metasomatic pro-cess. American Mineralogist 51, 585-710.

Thompson, G. and Melson, W. G. (1972). The petrology of oceanic crust across fracture C�����������+������������N�_V�������$�������&����$�����%�����!�����/����#�-nal of Geology 80, 526-538.

L�$�[����|�[�+�&���Y�"��[� ��� ����Y�//���B[� ��_�� `�''Fj��L����$$������$� ���!����C�-������������B�����"�/������#���!�@��BN���!����!�B�����"��������B�����$�����Earth and Planetory Interiors 65, 137-157.

L#����&�[�|��_�[�{�[��������X������&[�<����̀ �'':j��<�/�"#����������"#��������#��#�����Q��/��������"���"��!����������"!��W����������<��+���������/�����#�-nal of Geophysical Research 103, 9857-9866.

}�/���[� Y�� `�:*�j�� ^�� ��!������ ���� ��/������ ����@#��� ���� &��&�� \����/�� ����-sanstalt 25, 197.

}��C��[�{��������� ���&[�_��{��`�FFFj��^���/#���/�#����"�Q���$��"�@��������������#@-"������B�������"����B���"��@B���"!���/�����#������V����%#����"!����������#������$�\��!�B���������������F�[�:��'�:�EF�

}�&�[����������������[�+��\��`�'*'j��_��������"���!��@������W���B�"���@��"���#�����$����!��������W�#���������<��������*[�*:��:�F�

}�&�[�����������}����&��[�_�����}��`�'**j�� ��!������� ��W�#�����������!����C�������������<������/�����[�E�'�E::�

§#�&�V�[����<�[� ���"�&�B�[�<����[�^�B�B�&[�|��+������^���[����+��`�':�j��YB���/�������"���������/��������B��$$���������!�������B!���$��"� �&������������X��B�&�<�#�������^�&���B�+&���"&���#&� �����[�E�F�E���

Page 45: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

37

2.1. Introduction

<������ !�������� �� ��""���B� �W!����� ��� ���� ���%���� �$� #���������� ���� �����spreading mid-ocean ridges by detachment faulting that initiated close to the spreading �W���`��/������������[��''*��L#����&��������[��'':j�������/�����"���"��!����B��������$����������&����������#����$����������������������`�������!����C����j�������!������������������/��� ��!����C����������/�B��%#����������������/B��$����������������-�!�����`_��������������[��''*j[�����/�����"����@#�/�����$������������`L��"!����¬�<��-������'*F�� ����¬�^�&[��''�j[�����"���@���!�������������[���[������@�V���������-%����̀ +���¬� ���&�[��'':����|����������[��'':��X����B�������[��FF�j��+���"��&�@���$���#����$����!����C����������������/�B����#��/����#����$�������������/�%#��[������������@B��������#��������$����V��"�������������B�������!��������`��&��[��'�'����"@������

������������ ������������������������������������Interactions

Abstract ��!����C������$��@B�����!�����������&��������!���#����W���"��B���-ducing conditions as a result of dihydrogen (H2,aq) release upon oxidation of ferrous iron in primary phases to ferric iron in secondary minerals by H2O. We have compiled and �V��#���������"��B��"�������$������������ �!������������"!#����!��������������in fO2[/�fS2,g and aH2[����Y2 [�����/��"��$�����"!����#����@���������F�����EFF�;�����F�<����}��#��� ���� ���������������"!��������$���������� �!������ ��� ������changes in oxygen and sulfur fugacities during progressive serpentinization and steatitiza-�����$�!���������$��"�����<��+���������/����������;�F®�������#���~���������̀ ������^����/����/��"�{�/��F'j�������/��!����@���V�������#//�������B���"��������/��$��"�����#���"�/������!�����������������C���������"�/������!��������������"@��/���$��"�/�����������B����/����$����!����C��������"�������!B����!��B�B"�����"����������"@��/����������C������&���+���#������@���V���������@�#����@����/�!����B����!��-��C������&���+!!������B[�@#$$���/��$���������V�����������V��#���@B�����!���������$�@�#����$�������������$��"������$����/���"�#�����$��B���/��[�������������������$��"�-�����$� ����#����+������������� ����!��"��������#�$#�C������$�!���������[� �#�Q����� ��"�V��� $��"� ���� ���&� �#��/� ���� ����� ���/�� �$� ���!����C������ ��� ��������[� ���-���C������������������������������V��������������/���#�$#��$#/���B��#�Q���[��#������ !��B�B"��� ���� !B����V������ ����� ���#���[� $��"� ��� ���� ���#��/� ��!���B� �$� ����peridotite is exhausted and H2����V�������!����������������������[��#�Q���������������#�$#�C��@#��!���!��������������#�$#�����������$��������&�����������L�������V��#����of f��[/�f �[/��������B���"�$������������!���������$�Y2S,aq, indicating that H2S in V����%#�����@#$$�����������������[�Y2���V����%#���������@#$$�����@B���������� �!�����[������"����B�"�����������V��#�����$�Y2����V����������%#�����������#�����$�!��/����V�����&������������L���������#��������$�!��������������#���"�/��������-cates H2[������V������������������/�%#���������������@��B��"���$��������L���!���-������$����B���/���/���!�������#�������������������BC�/���!���B��$�����#���������#���facilitate the abiotic formation of organic compounds.

Page 46: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

38

������[��'����{�����[��':���+@�������¬��������[��':'j����#�����#�/�$��"�#����"�Q��"���$�[� $��� �������� �� ���� ����� ���/�� ���� �"��� �!������[� �W�@�� �W��!������B�high concentrations of dissolved dihydrogen (H2[��j�`L��B��[��'����|������������[��'�*������� ¬� ���/��[� �':�j�� ��!�������������� ���%���� �B�������"��� �B���"�� ����� �����high H2[������������������$��F����""��U&/�`�����#�������[��FF���^�#V����������[��FF���X����B�������[��FF�������&#����&�������[��FF�j��L������/��Y2,aq concentrations are due to the oxidation of Fe+2���������������&�@B������������+3 in magnetite that forms along �������!����������@�#�����#��/����!����C������ �B$�����������`�FF*j���V��!���������experimental data suggesting that incorporation of Fe+3 in serpentine may also generate considerable amounts of hydrogen.

L�����"@�����$$������$�%#�����&����������������$#�������$����&���"!�����[���-����������&�����[�������"!����#�������@���W�"����@B�!�������������������������!����"������`��/��}��C���¬� ���&[��FFF����������¬�����[��FFE��<�����"�¬�|���[��FF:j[�@#�� �������� &������/�� �$� ���� "������%#�� ��#�@��� ����� /�V���� %#�� ��"!������������#�����_W!��"�����������������������#����`��/�� �B$����¬�^�/[��''��� �B$����������[��FFE[��FF*j� ������� ����� �!��Q��"������%#�� ���������@#$$���Y2,aq and also H2 [������B�������"������#�����V����/�����������%��������@�������B���"�[�$����������[�����!B����!B��������"�/������`��<j�@#$$�����""���B������Y2,aq and H2S,aq in the ��������/�%#���` �B$����¬�^�/[��''�j��L�������������������������Y2,aq and H2S,aq ��!���������������B���"����������������&������ �B$�����������`�FFEj��#//�������������@������������!B����"�/������@#$$������������Y2,aq and H2 [�����%#�����#�/�$��"�submarine peridotite-hosted hydrothermal systems. In other studies it has been suggested, ����V��[����������!�����������������#���B��@���V�������������!��������������������!���-ence of H2,aq concentrations of the order of hundreds of millimoles in serpentinization %#���` ���!�������[��FFE��|����������[��FF���������¬�|����[��FF*j��L������/��!��������concentrations of hydrogen are corroborated by similarly high H2,aq concentrations in %#���$��"��B�������"����W!��"�����`�����&B�¬� �B$���[��':���|������������[��''���Y�����¬�|�����[��'''��<�����"�¬� ������[��FF���+�����¬� �B$���[��FF��� �B$����et al., 2007).

L���#����$�"������%#����#�@�������#����������W�"��/�!��������������������-tions and associated H2,aq and H2S,aq activities in hydrothermal solutions is currently �"����@B��������&��$�����"��B��"�������$���"��B��$�����!����������������@#�����������!�������`��/��!���������[�����#��[�/����V�&��[�!��B�B"��[�V������[�V�����������-C���$��"#�����$��!��#��"������������!����C���!�������������/V�����L�@����j��_�&-�������`�'*�j�����������`�':�j����&����#������!��������������������������� ��B���"����������#������������V��"��������������B��¯��/������#���`�3��j[����������""���B��@���V��� �� ���!�������°� ������� �W���"��B� ���� �WB/��� $#/������ `��/�� �/��� ��������$�"�/��#���@�������<�����FF�;j�����/����������#�$#��$#/������¯��/���F���������$�"�/��#���@�������<�`�����[��':�j°��+���¬� ���&��`�'':j�����/�C������������#�����a common phase forming in the early stages of serpentinization of abyssal peridotites.

Page 47: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2.1. Introduction

39

+���#��� ���� "��B� ������ !�����[� ����V��[� ����� ���� ���������� �� !��V�#�� �������-������#���������/��W!����B��������%�����B�������"����B���"��@���#����$���������B��$�����"��B��"��������L���V����"���������$Q�#����[��������������"��B��"�������$�����"����#����!�������$� ������������� ��B���"���� ���� ���L'��`��������������[��''�j�����@����������������������_��U��`}����B[��''�j���@����`�F�<��j�����"�-�B��"������@����$�����"!����#����$��"�F����EFF�;������;�����"���������#����$����������#���������������������`��/�Xj�$���!������$���������������!���B����������#��V��-�@�����������"�����#��/�����V�����Y�$$�����������#���!!��������������#"��������$#��B���������� �!������������������������!���������$��"�����������^����/����/��"�`�^�j�{�/��F'[�<��+���������/��`<+�j���;������[����������"���!��������@������������Y�[����Y� [���!�������������/�������`�':�j[����#���������!�������������������-�#��������V��#����!������$�!��������������������������#��/������������"����Y2,aq and H2 [�������������������%#�������������������������"@��/����@���V��������������"-!��������!��������������������������������"���#������Q���������W!��"��������#����`�����&B�¬� �B$���[��':���<�����"�¬� ������[��FF��������#�������[��FF���^�#V����������[��FF���+�����¬� �B$���[��FF�������&#����&�������[��FF��� �B$����������[��FF*j�

Table 1: Idealized formulae of opaque minerals in serpentinized peridotites

Mineral Chemical Formula

awaruite Ni3Fetetrataenite NiFepentlandite (FeNi)9S8godlevskite Ni9S8heazlewoodite Ni3S2millerite NiSpolydymite Ni3S4violarite FeNi2S4magnetite Fe3O4pyrrhotite FeSpyrite FeS2linnaeite Co3S4cattierite CoS2jaipurite CoSwairauite CoFechalcopyrite CuFeS2

Page 48: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

40

2. Fe���������� �������������

2.2. Geological setting

L���������$�������;�F��������#���~����`�~[��/���j��������������!�����/�`±����"Uyear, full rate) MAR has been explored in detail by numerous surveys (e.g. Rona et al., �':*��|�#/�#���������[��'::��������������[��''*�����B�������[��'':��_��������¬������[��'''��_��������������[��FF����#������������[��FF�j��|�������V������"����!������������$������E;����/�����������V����������&������"���B����������B!��"����������/��@�������`_�<��|j�`^�����¬�|�#/�#��[��':���^�����������[�''�j��L���"�/"����������������E;��������;���������������/��V��"������|�#/#���/��V�B����"����[���������������/���@�������������/��V�B�@#������B�����������/��V�B��/��������������������!����"�������$�"���������&������������%����`��/��������������[��''*��_��������¬������[��'''���#�-�����������[��FF�j��_W����V���#����!���$����!����C���!�������������/�@@�������&�����@�����$��%��&�����������V���$���������/����#�������!����[����/��������$������������magmatic extension, crustal thinning and the formation of oceanic core complexes along ���/��V���������/���������"����$�#����`_��������¬������[��'''j���^��{�/��F'��������19 holes at eight sites north and south of the 15°20‘ FZ into variably serpentinized peri-����������#����@B�/�@@�������&��`X���"���������[��FFE�[��FF*j��L���$������/�@��$���-���!�����$�������������������&�������������@���������������&��$�X���"����������`�FFE�j�����|�����������`�FFEj[�����$��#�������������������$��"��������"!������������������$���this study.

Y�������:+���������������������$��V����B��������#����$�������;�F®��~������W�������E*���"�������"!�����B������������C@#�/��[��#���[������/�B��������������"�/"�����&�������"B������������C������L������&��������$$������@B�!��V��V�����!����C�����������-����B����#!��"!�����!��V��V����!����"�����$����!������@B������`������C����j�� #�Q���������@#��������!����#�������������������$��$�������������

��� ��*F� �� ���� ��#�����"���� �$� ���� ���� ����� ����[� �������� ��� ���� �������� %��&� �$�

Fig. 1. Location of the study area in the vi-cinity of the 15°20’N Fracture Zone. Inves-tigated samples are from Sites 1268, 1270, 1271, and 1274; redrawn from Kelemen et al. (2004c).

1269

1270LHF

12721271

1268

1273

12751274

15°20'N FZ

Page 49: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

41

2.3. Analytical methods

����<+��������V���B��$�����{�/�����V��B�������"���Q����`�E;E�®�j����������������"�����V����B�����������������$��"�Y������*F�����!��V��V��B����!����C�����������-�C���������������/�@@����V�����+����#/�������������$�!���������$��"�Y�������*F�������*F^�"���B����&�!�����#�������������������[���"��!�������������������B�����������������/�B���$��"��[�����������&��/�@@�������#������������V��@������"!�����B���������������������������"���������������[�Y�������*F�������*F^��������"�������@������and oxide veins.

Site 1271 is located on the inside corner high of the MAR spreading segment south of the 15°20‘ FZ. Drill core 1271A is mainly composed of completely serpentinized dunite. Drill core 1271B comprises variably serpentinized dunite and harzburgite. Steatitization ��"���������������&���

�����*E��������������&"��������$�������;�F®���~�����������������$��V����B����������'EF�"���������!��������*FF�"�������$��������"�������$�����������"����$�#����Y����1274A penetrates 156 m into the basement and recovered 35 m of core that comprises 77 % harzburgite, 20 % dunite, and 3 % gabbro. Peridotite from this hole represents the �����������������&�$��"�{�/��F'�����#!����������$�������/����"�������!�����V��������a comprehensive description of all the drill sites and a more detailed description of the ����������"������/B��������"���B������$�����������������X���"����������`�FFE�[��FF*j[�|�����������`�FFE[��FF�j�������#��&��������`�FF�j�

2.3. Analytical methods

2.3.1. Microscopy and electron microprobe analysis

L�����������������!�����B��V���/������������"�����������%�������/���#��/���{����̂ <��©��Y����""������"������!���<��������"!����������������BC���������®�_�{� #!��!��@���©+�:'FF�������������"���!��@�����������V����B��$�X���`\��-"��Bj[���#!!�������QV����V����/�����!���V���!�����"�������<����������������BC��������������������/�V����/���$��F�&��$�����@��"��#�������$��F��+�������$#��B�$��#������´"�@��"���"������|�����B��������������#����"���������������������#�����L���������������������������#��/�����~+��"�������<�������������"����"�!!�/�����@��&�������������������"�/����$����!������"������������&��$���#���!��#��"����������"@��/��������#���������"!��"����!����/��!����@���V���������������[�'�����/���!��������B�����$���&-��$���#���!��#��"�������������@�������+����#/��"��B��$�����������B�������������������@���#����$������"����/�����C���$�"�����$�������������� �"������[�������V��#��������!���#��#������������������/�/�!������������������!��/����V�����!����C������

Page 50: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

42

2.3.2. Thermodynamic calculations

� L���"��B��"������#����������������#�����#��/����� ���L'��`��������������[��''�j���"!#����������L�������@�����$� ���L'�����������$����������������`�':����K and 105���j� ����"��B��"��!���"�����[�<����X����B����$Q�����[�������#������$�state parameters for pure minerals, aqueous species and gases for the calculation of equi-�@�#"�����������`��/�X�V��#��j�$�����"!����#��������!����#����#!�����FFF�;������FF�MPa. The database used for this study combines all upgrades from the slop98.dat and the �!��F����������@����`}����B�¬���V������[��FFEj����������/��"�������������#�����#�-�/�\�����"�����}��&@����� (GWB�j�V������*�F���`|���&�[��FF*j��+�����"��B��"��database for GWB����������"@����$�����!����#����$��F�<���������"!����#�����$�F[���[��FF[��FF[���F[��FF[���F[�����EFF�;��{�/�X�V��#��������������@�����������������"!#����@B� ���L'���������#������#��/���V�����Y�$$���"!����#����W���!������[������/���-�/������$$�����$�!����#���`����@����j��{�/�X�V��#���$������������#�����$�"�����������/V�����L�@������+��V�B����$Q������$���Y2[������������#������$������/�^�#""����`�':�j�$����2[��[����������������V�B����$Q�����$���Y2 [����������#"������@��#��B����������"!����#����`����Y��/�����������[��'*Fj��+��#���$#/���B�����������������������$���H2S and H2�$��"�X��"��`�':'j�����X��"��¬� �&��`�':Ej��#//������"����V�����$��"������@���V����Y���V��[���������������������/�X�V��#���$�����#�@�#"�@������������V�������/����#���!���������������!!���[�@���#���`�j�$#/���B������������������-���������#��V���@���$���L�±��FF�;�����`�j������������������/�/@���`±�F������/�#���j�@��������FF�����EFF�;�

��� ���� $������/� �#@�������[� ��� �����@�� ���� ����"��B��"�� ����� $��� ������������� �!�����[��������������!�����$� ���� ���L'��"�������������������-ties in these data and their propagation in the calculation of phase boundaries are hard to quantify. Standard state thermodynamic data for minerals, aqueous and gaseous species, ��� ����� ��� �/����"!����#��� ����� ��!���B� ����� $��� "������� ���� ���������� !���"�����$�����������#����������$����!����B�&�����������#����B[������������"#���@������������preliminary.

�����������|���C�V�&��������`�FF�j�����#�����������"!����#����������!���B�"���#��"�����$���

synthetic pentlandite (Fe4.60�4.54S8) and reported a standard entropy (S°j��$�E*E�'��U"���per K and H298.15�Y0��$�*���:F�&�U"�������/�����������[��������#�������������������-����!B��$�$��"�����`¢Y°fj��$���:E*�F�&�U"���$���������"�����!����������`��4.5�4.5S8), #��/����������������!����$�$��"�����$����������`�� j�����"�������`� j�$��"���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j���"��¬�X��!!��`�':*j���!��������¢Y°f��$��:�*��*����E��'�&�U"��[�����������/���"���������#�����#�����+���!!������\@@������/B��$�$��"�����`¢\°f ) of �:�����&�U"����������V���#��/��������������"����������!����$���[������� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j��L����#"@�������������������¢\°f�¤��:�����&�U"���$��"�

Page 51: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

43

2.3. Analytical methods

��/�¬���������� `�'*�j��|���#����/����"!����#����������!���B���������� ���&�/[����#��������V�����Y�$$��W���!����������� ���L'�������$�����[������� ������"!#�����/�K values for dissolution of pentlandite. A standard molar volume (V°) of 153.3 cm3U"�����������#������$��������#����!����������$��"����������������/V���@B�X�#V���������`�'�'j��

Heazlewoodite¢\°f[�¢Y°f and S°� $������C��������� `�3S2j������ ��&��� $��"���@��¬�Y�"�/��B�

(1995). We used high-temperature heat capacity data from Stølen et al. (1991) to calculate <����X����B����$Q�������L����° (40.655 cm3U"��j�$������C�����������������#������using cell constants given by Parise (1980).

AwaruiteY������`�FF�j���!������¢\°f [�¢Y°f and S°�$�������#���`�3Fe).We calculated log K

V��#���$�������#���@B�"������$�����V�����Y�$$��W���!����������� ���L'�������$�����������[�@���#����/����"!����#��������"��������������#��V���@����L����° (26.96 cm3U

Table 2: Equilibrium constants for dissolution of selected opaque minerals (P = 50 MPa)

Reaction Mineral log K

0 °C .on 25 °C 100 °C 200 °C 250 °C 300 °C 350 °C 400 °C

1 awaruite 231 70 196 80 161 91 120 06 104 74 91 77 80 46 72 21

2 tetrataenite 11943 103 67 83 38 61 90 54 05 47 41 41 63 37 38

3 pentlandite 57 71 56 73 56 35 59 09 61 67 65 15 70 08 71 77

4 heazlewoodite 3068 26 61 16 94 7 73 3 93 0 32 3 23 5 40

5 godlevskite 87 45 84 42 79 62 78 71 80 01 82 44 86 50 87 29

6 millerite 9 13 8 83 8 42 8 49 8 73 9 09 9 64 9 84

7 polydymite 121 00 113 88 99 44 89 24 86 54 85 08 84 96 83 59

8 violarite 118 14 110 42 94 59 83 35 80 31 78 57 78 21 76 67

9 vaesite 15 48 14 63 13 44 13 45 13 90 14 62 15 72 16 65

10 wairauite 120 48 109 25 84 27 62 91 55 11 48 63 42 79 38 57

11 cobaltpentlandite 82 22 79 11 73 66 71 80 72 65 74 64 78 29 78 83

12 jaipurite 8 25 8 00 7 64 7 72 7 94 8 29 8 83 9 03

13 linnaeite 112 41 105 66 91 84 81 96 79 30 77 80 77 56 75 74

14 cattierite 17 94 16 81 14 98 14 41 14 64 15 17 16 11 16 91

15 H2S,aq 7 28 6 86 6 37 6 53 6 82 7 22 7 78 8 49

Reaction no.

1 Ni3Fe + 8 H+ + 2 O2,aq = 3 Ni2+ + Fe2+ + 4 H2O

2 NiFe + 4 H+ + O2,aq = Fe2+ þ Ni2+ + 2 H2O

3 Fe4 5Ni4 5S8 + 10 H+ = 4 5 Ni2+ + 4 5 Fe2+ + 8 HS + H2,aq

4 Ni3S 2 + 4 H+ + 0 5 O2,aq = 3 Ni2+ + 2 HS + H2O

5 Ni9S 8 + 10 H+ + 9 Ni2+ + 8 HS + H2,aq

6 NiS + H+ + Ni2+ + HS

7 Ni3S 4 + 4 H+ = Ni2+ + 2 Ni3+ + 4 HS

8 FeNi2S 4 + 4 H+ + Fe2+ + 2 Ni3+ + 4 HS

9 NiS 2 + H2,aq + Ni2+ + 2 HS

10 CoFe + 4 H+ + O2,aq = Fe2+ + Co2+ + 2 H2O

11 Co9S 8 + 10 H+ + 9 Co2+ + 8 HS + H2,aq

12 CoS + H+ = Co2+ + HS

13 Co3S 4 + 4 H+ = Co2+ + 2 Co3+ + 4 HS

14 CoS 2 + H2,aq = Co2+ + 2 HS

15 H2S,aq = HS + H+

16 H2O 50 66 46 30 36 35 27 58 24 31 21 53 19 09 16 84

16 H2O = H2(aq)+ 0.5 O2,aq

Page 52: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

44

"��j���������#������$��"����������������/V���@B�+�����B��������`�''Fj�

TetrataeniteY������`�FF�j��������!������¢\°f[�¢Y°f and S°�$���������������`���j��}������#������

��/�X�V��#���$���������������@B�"������$�����V�����Y�$$��W���!����������� ���L'�������$�����������[�@���#����/����"!����#��������"�����������������&�/��L����° (13.84 cm3U"��j���������#������$��"����������������/V���@B�+�@��������������`�'*:j�

������ ����L���"��B��"��!��!�������$�/����V�&���`�9S8j�������@������$��"��������!���B�

"���#��"�����@B� �µ�����������`�''Ej�$����7S6������3S2��+�¢Y°f��$��:F��'��&�U"�������calculated from H298.15�Y0� `*E'�F�E��U"��j�#��/� �������������������!B��$� $��"������$�� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j��¢\°f��������V���$��"�¢Y°f and standard "����������!���$��������� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j��L����° for a natural /����V�&���`�E:�*��"�U"��j���������#������$��"����������������/V���@B�������`�'::j��

MilleriteL����������������������"��B��"��!��!�������$�"�������̀ � j��������&���$��"���@��

¬�Y�"�/��B�̀ �''�j��L�������������$�¶�"�����������*'�;���� �"�������������&�����������#���$�����������#�������$�������#�@�#"�������������EFF�;��

Vaesite¢Y°f , S°������������!���B������$���V������̀ � 2j��������&���$��"��� L�̀ ����[��'':j��

¢\°f�`���E�:�&�U"��j��������V���#��/�¢Y°f������������������"����������!����$������� ��The V°�������&���$��"� "B���¬�<���"�&�`�''�j�

Violarite}��#����¢\°f and S°��$�V�������`���2S4j���!������@B���/�`�'*�j��¢Y°f�������&���

$��"��"·�¬�X��!!��`�':*j��+������������!���B�����������V���@��[��������#��������/�X�V��#���$��������#�����$�V�������#��/�����V�����Y�$$��W���!����������� ���L'�������$�����[������� ��L����°�������&���$��"� "B���¬�<���"�&�`�''�j�

����������¢Y°f , S°������������!���B������$���!��B�B"���`�3S4j��������&���$��"��� L�`����[�

�'':j��¢\°f�`��'��:�&�U"��j��������V���#��/����������"����������!����$������� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j��L����°�������&���$��"� "B���¬�<���"�&�`�''�j�

Cobaltpentlandite¢Y°f�̀ �:�E�*'�&�U"��j����� °�̀ E����*��U"���!���Xj������$������������"�"@���̀ �9S8)

�$�����!������������������#�����������������&���$��"�������V���`�'�Ej��¢\°f (-836.43

Page 53: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

45

2.3. Analytical methods

&�U"��j�������"!#����#��/�¢Y°f��������������"����������!���$��������� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B� `�''�j��Y/����"!����#�������� ��!���B��������������!���� $��"�Kelley (1949). The V° (147.102 cm3U"��j� ���� ����#������ #��/� ����� !���"������ $��"�����"���¬��������`�'*�j�

Wairauite¢\°f�����¢Y°f�$�������#���`���j����������������������Q��/��#!�����"������@���B�

compounds database (Dinsdale, 1991). We calculated dissolution constants by means of ����V�����Y�$$��W���!����������� ���L'�������$�������������L����° (14.09 cm3U"��j���������#������$��"����������������/V���@B�|�B����`�''Fj�

���������������������������������¢Y°f , S°������/����"!����#����������!���B������$�������������!�������������&���$��"�

<����`�'*Ej��L���¢\°f��$�����������"���������������#������#��/�¢Y°f and standard molar �����!���$��������� �/V���@B���@��¬�Y�"�/��B�̀ �''�j��L����°��$���������̀ �3S4) �������������`� 2j��������&���$��"���@��¬�Y�"�/��B�`�''�j[�����������$���!#����`� j�$��"���#"�V��������`�'*Ej�

Page 54: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

46

2.4. Results

2.4.1. Petrography

}�� ����/#��� ���� �B!��� �$� ���&� ���������N� ���!����C����� �$� !�������� ���� ���-atitization of serpentinite. At Site 1274, peridotites are partially to fully serpentinized, ����������� ������*F[���*���������:[�!������B� ���$#��B����!����C���!�����������V��undergone additional steatitization to variable degrees (see Bach et al., 2004). Microtex-tures of the serpentinized peridotites range from pseudomorphic mesh and hourglass tex-�#�����$������V������������������@@�����W�#����������!��#��"��!��������������&�/���W�#�����LB!������!������B����!����C������&��̀ ���':����������j�����"������W�#��������$�������V����������������"�������������������!�����U@�#��������"�����"���<�/������������������������B�$��"�������V���&�����������/�$��"���/����@�#���������������-�����$���"!��������!����C�����`��/��|����������[��FF�j���"!�����B����!����C������&����V�� ���!�����U@�#���U������ �������[� ����� �$���� �!!���� ���&� �� �����"����� �/����Most samples are extensively veined by paragranular and transgranular serpentine veins. ����/���#����V����$��"����������"���/�������&��������#�#���B�$�������!���������������!�����#���!��!�B��������[��������������/���#����V����������#��!��!�B���������`X���-"���������[��FFE�j��{���������!��!�������V������������������/���#����� ����������B������V�������#����"�����W��#�V��B������!��#��"��!����������&�/���W�#��������!��W"�B�to gabbroic intrusions steatitization is strongest and often invades adjacent serpentinite @B���!����/�$��"��������/���#�������!������V�����_V����������/�B������C������&������original serpentine micro-texture is commonly preserved, indicating alteration under stat-�����������`|����������[��FFEj�����!����������!�����@#����������B���"�/"��������������[����"��������@B�_�&�������̀ �'*�j[����V������B�������#���#�������������B��V��/�������$�"�/����������!���������������$����!��������������@B������������V��/��������$�grains by a thin (5-10 μm) ferrit-chromite rim.

L��� $������/� !����/��!��� �����!���� $��#���� ��� �!��#�� "������ ����"@��/��� ��variably serpentinized and steatized peridotites. Because of the small grain size of most ��&��$���#�� �!��#�� "������[� ����� ����Q������ @B� ��%������ �/��� "������!B� �����$���� "!���@����L���V����"������!��@��"�����������#"����@������ ��������/�/���������� �!������������������!��/����V�����!����C������������BC����������"����compositions of opaque phases by electron microprobe and used the compositional data $���!���������Q�������

�������������������������$��"��^��{�/��F'����������/�B�"������!�����������������@B������"�����

�������������"������"!������`��#��&�������[��FF��� �B����������[��FF*j��������#"#�#��

Page 55: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

47

2.4. Results

�#�Q����W���®@��@����$�������"�/"������/�[���������@���@B�_�&�������`�'*�j�$�������^#"�������!������[�����#�Q������#������������@B���V������!B��W���[���������@���@B�{������`�':'j[��������������/�C�������"!�����V���/�������������"��B��#�Q����������""���B���"!�����B���!������@B���������B��#�Q�����������B��$��"����#��/����!���-�C������ �B�����������`�FF*j���!���������������#���������$�"�/"�����#�Q����`!��B�������@��@���$� !���������[� @�����[� ���� ������!B�������� �����V�� ������/����@�#������j�!��@�@�B������#�����#��/������"����"!��/�������$����������!�����"������������!B-��������$�#������B�����"!����$��"� ������:�����#��#�Q���������!��������������"�����#"@����$���"!�����V���/�����$��"� ������*F[���*�[�������*E�� #�Q���/���������#������"����/���#����"�Q�����&���$������������$�!��������������"����!B���������+����#/��pyrrhotite occurs in many serpentinized peridotites described in the literature (e.g. Shiga, �':*��+@�������¬��������[��':'��{�����[��':'j[� �� ���@����������� ������"!��������-V���/����� $��"�{�/��F'��<����� `�FF*j� ��!������ �������#��������$�!B�������� ��/����������!��������������"!����$��"�Y�������:+��L���!���/��������!��@�@�B��$�"�/"������/�����������������/�@@�������#�����$���#����B�$�#���������������!�����$�����������������#�������!����������/������������������������V�/��`�F��F�¹"�����"����j[�����������$�#�������"!����$��"� �����*��`�/����������j[�"�B������@��!�"��B��L��B�#�#���B�occur in porphyroclasts of former orthopyroxene (bastite), but no pentlandite inclusions �����$�#�����$�����!B��W�����

Secondary opaque phasesL����V���/��������!���������������±�F���V�������&��$���#���!��#��"��������L���

principal opaque minerals in partly serpentinized peridotites include, in order of decreas-�/��@#������[�"�/�����[���@������!���������[�!���������[��������C���������̀ L�@����j��+���#�������""���@#�����#������B���"�����"�#��������/������[���&��$���#���!��#��"��������!!�������Q���B�����"������/��������������!������"���W��L����/�����C��ranges from < 1 to 50 μm. By far the most abundant mineral assemblages are pentlandite ������#�����"�/����������!���������������C�����������"�/������`�/���@�����$j�

Mesh rimsIn pseudomorphic serpentine mesh rims, disseminated opaque phases are generally <

��¹"�����"�����������#�������"������/B���#�������@�������"����@B���%�������/������immersion microscopy or conventional quantitative electron microprobe analysis. Semi-quantitative micro-scale element mapping revealed the presence of magnetite, pentland-��[����C��������[�����"��������#���`����!���������$�����#�����#������B�@�����#����@B������/������"�����������!���������������#�$#�j�������"!�����B����!����C���������magnetite forms threads along former olivine grain boundaries or pre-serpentinization �����/��������&��

Page 56: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

48

Milleritee

Y��C��������e

\����V�&��

Magnetite

MagnetiteMilleritee

Pyrite

Polydymite-ssPentlandite

\����V�&��

Y��C��������

Magnetite

Polydymite-ss

Magnetite

(a) (b) (c)

(d) (e) (f ) (g)

(h) (i)

(j) (k)

Fig. 2.������������ ����� ��������� ��������� �� ������������ ����������� � ����� ����in variably serpentinized and steatized peridotite samples from ODP Leg 209. (a) Pentlandite in bastite ��������������������� �� ���������� ���!���!"���#$��%���� �����#�&�'*���'�+������������ ����pentlandite (medium grey) located in a paragranular vein, partly altered to awaruite (light grey) and mag-�����������<'������ ���!=>��#"���?@$��=%���� ������?�&�'*���'�J����� �������������� ������-landite (medium grey) intergrown with and rimmed by awaruite (light grey); located in a transgranular vein ������������������������������ ���!=>��!"�����$��X%���� �����Y�&�'*���'�[� ������������grey) intergrown with awaruite (light grey) and mantled by magnetite (dark grey) located in a transgranular ������������������ ���!=>��?"��Y$�?����� ������?�&�'*��'�J����� �������������� ������ ��������������������������\��� ������������������������������ ���!=>��]"��]Y$XY%���� �����Y�mm). (f) Pentlandite (medium grey) and heazlewoodite (light grey) rimmed by magnetite (dark grey) in ���� ���!����!"��X]$�?������ ������?�&�'*� ��'�^�_ ������ � ������<'����������� ���������<'� ��� �� ��������� ��� ���� ��� ���� � ��!=>��?"�����$��@� ���� � ���� �?� &�'*� ��'� +����� ��� ��_ -woodite (light grey), which is partly replaced by godlevskite (medium grey) and mantled by magnetite ��������<'������ ���!���!"���#$��%���� ������?���'*���'�[�������� <�<��$�������������� <��� ������ ����������������������������� ���!���!"���#$��%���� �����#?�&�'*��`'�+��������heazlewoodite (light grey), godlevskite (light to medium grey), pentlandite (medium grey), millerite (me-dium dark grey) and magnetite (dark grey); heazlewoodite has replaced pentlandite during serpentinization. Godlevskite probably replaced heazlewoodite as serpentinization neared completion, whereas the initiation of transformation of heazlewoodite and godlevskite to millerite is most probably related to steatitization ����� ���!����?"��Y?$Y#%� ��� �����Y?�&�'*� ��'�{��|�������������������� <� � ��� ����������serpentine along pseudomorphic cleavage plane. Magnetite (dark grey) is in sharp contact with pyrite (me-�������<'��������������� ���������� ��������� ���@]>��?"��]$��%���� ������??�&�'

Page 57: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

49

2.4. Results

Veins���!���/���#���� ���!������V���[� �@#������ ��������� ������&�B� �#@�������"�/������

����/��������/�����&���$���$���������$�"���"���������&����[����������#!������V������#������ "���"������ ���/�� ����������[� ���C��������[� ����#��[� ���� /����V�&��� ����!��$��������B�����������������������!�����$�����V������/����������"�/����������!������!����������������#�����"�/������������@������!����������������#�����"�/��������-cur in the same vein. In larger transgranular (isotropic picrolite) veins, typically 0.5-1 mm ���&[�"�/���������#������������!����B���/�������&����������#@�������&���������#�#��B�

Table 3. Opaque phase assemblages and �18O isotope data* for the studied samples Hole 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A 1274 A Core 10 15 15 16 17 18 20 22 27 Section 1 1 2 1 1 1 1 1 2 Depth (cm) 3-10 106-114 39-46 44-52 121-129 83-93 121-126 24-32 5-11 Depth (mbsf) 49.33 75.06 75.86 84.14 89.51 94.13 104.11 122.34 147.65 Rock type Du Hz Hz Hz HZ HZ Du Hz Hz Lab code AP-88 AP-92 AP-93 AP-94 AP-95 AP-96 AP-98 AP-99 AP-103 Pentlandite ++ + + Co-Pentlandite +++ +++ +++ + ++ +++ +++ + + Awaruite +++ +++ +++ + ++ ++ + + Heazlewoodite +++ + +++ + Godlevskite +++ Millerite Polydymite-ss Magnetite +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ + Pyrite Chalcopyrite Serpentine +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ Brucite +++ + + + + ++ +++ + + Talc + + vein �18O 7.4 6 4.8 5.4 5.7 5.4

1268 A

1268A

1268A 1268 A 1268 A 1271 A 1271 B 1271 B Hole 1271 B Core 2 2 4 13 20 4 7 10 17 Section 1 2 3 1 1 1 1 1 1 Depth (cm) 10-16 108-115 26-35 46-55 8-12 105-110 15-22 30-35 98-102 Depth (mbsf) 14.10 16.48 28.04 68.74 103.65 29.55 36.35 50.8 85.49 Rock type Hz Hz Hz Hz Hz Du Du Du Hz Lab code AP-02 AP-03 AP-08 13R1 none AP-55 AP-61 AP-63 AP-67 Pentlandite + ++ + Co-Pentlandite + +++ ++ ++ Awaruite + Heazlewoodite +++ +++ +++ Godlevskite ++ ++ Millerite +++ +++ + Polydymite-ss ++ ++ ++ Magnetite + + + ++ ++ +++ +++ +++ Pyrite +++ +++ ++ +++ +++ +++ Chalcopyrite + Serpentine + +++ + ++ ++ +++ +++ +++ +++ Brucite Talc +++ + +++ ++ ++ + vein + + + �18O 5.9 3.7 4.8 4.1 * �18O isotope data are from Alt et al. (2007); + scarce; ++ abundant; +++ very abundant, Du = Dunite, Hz = Harzburgite

Page 58: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

50

����/�@����������$�����V������������/���#����V���[���&��$���#���!��#�������������$$��-������!����"����!���#������������B�����Q��[�@���#��������/�����C�����B!����B����/���(up to 50 μm in diameter) than in meshes or paragranular veins. In transgranular veins of !����B����!����C���!���������!�������������$��������/�������������#�������"�������@B�"�/�����[��#//����/������!������������������#���!����!��/��������#�@�#"�����������#@���#����B�"�������@B�"�/������`�/����j����������������[�!������������������B���!������@B�����#�������"�/������`�/���@j��L�������������@B��������V������������� ����������$� ����"�/������ `����@����j[�"�����/�!�������������"��&�@�B[� ����#���������������#�����!��������@������!������������������������$���#����B������������������C������������U���"�/������`�/���$�����/j�������"���!!������B�!#������C���������+ magnetite assemblages in transgranular veins of almost fully serpentinized peridotites micro-scale element mapping revealed the presence of relic cobaltian pentlandite. It oc-�#������ ���#������B!����B��"������ �������¹"�����������V��B��������/���������C��-������� ��� @������� ���C��������� ���� "�/�����[� �#//����/� ����� ���C��������� ����"�/������/������������W!������$���@������!�����������Y��C���������������#���/�����/����V�&�������"�/������"�B��������������"������@������!�������������#����[���������� ���&�/� ��/����V�&����L��� �������� �����/����V�&����������������B�/������� �����W!������$���@������!�����������|���#���/����V�&������W��#�V��B�$�#�����$#��B����-!����C������&�[�����"�����&��B������/����V�&�����!���������C���������`�/����j�������Q�������/���$����!����C�����������"����"!�����B����!����C���!���������$��"�Y����1268A magnetite in veins is partially replaced by pyrite.

BastiteSerpentine veins crosscutting bastite (serpentine pseudomorphic after pyroxene) are

��V����$�"�/����������������������!����������������#���/���������#������U���"�/��-tite, the pentlandite occurring as a solitary phase in bastite exhibits a distinct octahedral cleavage (Fig. 2a). Where serpentinization is advanced, pentlandite in veins crosscutting @���������""���@B����U�������/�������������#���`�/����j[��#//����/����������#�����!������!�����������+���#��� ��@������ ���W��#�V��B�$�#�������������������!���-landite.

�������������� ��!������V���������"�/�������������/���#���B������$��"������!B��������������-

�/���/�����$�������C�����`�/���&j���"!�����B������C������&���������!B���[��������������B���!������@B���"��������U���/�������`����+���������[��FF*j��+���#��[�!���������[����C��������[�����/����V�&��������������$����!����C���������������� ��!����B�����-�C��� ���&�� `��/���/�� ��j��}�����!������[� ���B� ����"�������@B�"�/�����[� !�������/� ��from reaction to millerite or other higher sulfur-fugacity phases. Relics of the assemblage !����������������#�����"�/����������$�#�����!����B����!����C���!����������������V��#����/����������C����[����������������$���������"@��/���!���������������C���������

Page 59: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

51

2.4. Results

��"�/����������!������������/����V�&�����"�/�����������$�#�����$#��B����!����C���peridotites that have undergone steatitization. With increasing degree of steatitization, �#�$#��!�������#�Q��������!��/����V��B���!������@B��#�$#���������#�Q����`�/����&j��<������� �� ����"�����@#���������#�Q�����!����B������C�����"!���[�����������!���������C������������/����V�&����}����� ������C����� �� ��V�����[�"��������$� ����V���-����!��B�B"��� ����� ���#���� `!��B�B"�����j� /���� ��� ���� �W!����� �$� !���������� ���"�����������"�/������`�/��������&j�������"!�����B������C������!��������"�/����������"!�����B���!������@B�!B����������!B�������@���������"!����$��"� ������*F[���*��������*E��������#������B��������$��������C�����"!����$��"�Y�������:+���/����������!B�����<�����`�FF*j�$�#���������!B������������������!B�����������"�������$��"�����"����#�Q�����������#��������"!����$��"��������������$��$�Y�������:+[�@#���������#�-rence of these minerals is clearly related to gabbroic intrusions.

������������� ��������������������������������!������������������!�����L��� ����"@��/�� �B!�� ����/��� ���� �������/� �W����� �$� ���!����C����� `L�@��� �j��

�����������������#�����"�/���������W��#�V��B�$�#�����!����B����!����C���!�������[���������!���������������C�����������"�/��������#�#���B�$�#�����$#��B����!����C���!����������L�������"@��/���!����������������#���̀ ��@�����j[�"�/�����������C������-��[��������C�����������/����V�&�����"�/������`��$#��B����!����C������&�j�������"-"��[�@#��������@#������`�/����[�/������j��{�����B[�!�������������#��������������B�!�����`�/����j��+����W�"������"!�������&���@������"��������������������@������!����������`���������������!B���������@����j��L����#�$#���������#�Q������V���!����W��#�V��B��������C������&������"������[�V������`��!B���������@����j[�����"��������$�����!��B�B-"��������B������!����/�"�/������V��������$�#�������"��$#��B����!����C�����"!����$��"�Y�������:+��L�����!B����@����/����!�����������������Q�����/����$�������C�-���[�!��$��������B��$�@�������L�������"@��/����@���V�������/�������������/��W������$����!����C�����$��"�!����������������#�����"�/���������!���������������C�����������"�/������ ������C�����������/����V�&�����"�/�����[����������#�� �������/������progressive steatitization manifested in Hole 1268A to magnetite + pyrite + millerite `"�/��������!B���[�$�����������B����&�/j����!B������"���������!��B�B"���������!B������!��B�B"������`���!B������V�����������������@B����"��������B���������@����j�

2.4.2. Mineral chemistry

Awaruite���!����B����!����C���!���������$��"�Y������*E+������������������������$�����#���

V��B�@����������F�����*����"��������������������'���"�����[����!���V��B�` #!!��"��-���B�^����L�@���+�j������!����������B���"�����"�#���[�#�#���B������"����������������"!���$��"�Y������*E+��������#���/��������������V�������!!������������$���:�"�������

Page 60: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

52

����������������#���/�����������!!��������������������@�������������������"���$��������������"���!��@��`���FF�!!"j��+���#��������������Y�������:+�����������������������/�/�$��"��E�F����*����"�������L��������������V�����@����������F������*�'�"���������[������#/��/�������B���"����������#���[���������������� ���/��#!� �������"�������+���#������@���������"!����$��"�Y������*�|���"!��������V���@��B��$�����#������"�����@�����!��������$�!������������"!�����[���������������������������#�$��"������U������"���������$�����#����W�@������B���"����������������!������������"-!�������}���#���`���j����������@���@B���"@�������������`�'��j�����+@�������¬�Pasteris (1989) in serpentinites, but could not be found in the samples investigated here. L��������$��"������$���@������!�����������������#����#//�����������������@��B�Q�����$�����#�����"#������/��������������$�����#���

���������������������� ��!��B�� �� ���� ��"!�������� ���/�� ����� "�B� ������� �� ����� ���#����

@��������9S8�����`���j�!���������������!!��W"����B���#���!��!�������$�@����"��-����` #!!��"�����B�^����L�@���+����/���j��L�����@�������������$�!����������V�����$��"�V��#���B���$����`±�F���"�����j����������`��E��"�����j��L������"��"����U�#�$#��������$�"����!����������/����������������'U:�`���������j��L���$#������/�[�����V��[���@�������1.06 and 1.65. Rather than real variations in pentlandite composition, the elevated ratios ���� �������� ���Q���B� ����/���������#���������C��������� ��!�����������L��� ��/���B����������"��"����U�#�$#���������$�����!����������$�������������"����U�#�$#�����/��$������#����!����������� ��!������@B�Y�����¬���&��� `�'*�j������B�������!����������� ��-!������@B�X�������������`�':�j������/����������!����������������������������������������� �"!����$��"�Y��������:+�������*�+�����������B�������!���������[�����������"!����$��"� �����*F������������B���$����!��������������Y�������*�|�������*E+�������������$����!���������� ��$�#�����/������ ����"������������������V���������same serpentine vein.

HeazlewooditeL������"��"����U�#�$#��������$����C�����������"����B������������"���������V�����

@���������EF��������'���������@����"�#�����$����`±���F��"�����j������"�����"�#�����$���`±�F����"�����j���������������` #!!��"�����B�^����L�@���+�j������C���������$��"�Y������*E+��Y���V��[�����!���������$�"�#������#������$�!���������������C��-������[����"���������@�V�[���#����������������!!����������������������[�@#����#���������������������"��"����U�#�$#��������B���"������B�� �"!����$��"�Y������*�|[����-�V��[���V���@#���������C��������������@����"�#�����$����`F�����*���"�����j������"�����"�#�����$���`±�F����"�����j�����������������������/������Y/����������������/���������� ������������#//���� �������"��"�/���������� ���#���� �� ��������B����� �����������[�����������B�����!!�������FF��������/����"����U�#�$#������������!���V��B�������������������/��������������[�!���@�B�������/��"��������������/���������������#���

Page 61: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

53

2.4. Results

������ ����L������"��"����U�#�$#��������$�/����V�&������/���@���������F:����������` #!!��-

"�����B�^����L�@���+Ej��<��������B������������������������������"���B��$��9S8 pro-!�����@B�������`�'::j��}�����/����V�&�����!���������C��������[�"����U�#�$#��������������/���B����V����[��������� ����"����U�#�$#��������������!�������/����V�&�����������������"���������""���"!#�������/����V�&���$��"�{�/��F'�������������[����/�/�@�������F�*�������:�"����������F�F�����F�:�"�����[����!���V��B�����!���������V�����������������������������������������[��#//����/��������"��"�/�������������#����������analyses.

MilleriteL��� ���"�� "����U�#�$#�� ����� �$� "������� ` #!!��"�����B� ^���� L�@���+�j� �� Y����

���:+����/���@�������F�'*�������F���}�����"���������!������/����V�&�������"����U�#�-$#�����������/���B����V������L��������������V�����$��"�F��������F�"������������@"���������@#������!����/��������������"��������<��������������������������`±�����"�����j�������B����������������!B��������!��B�B"�����[���������"������������/�������������`������"�����j�������#�������"�/���������#���B�"���������������������!B����

1268

1270

1271

1274

Co9S8

Fe9S8

400°C300°C200°C

Ni9S8Atomic percentFig. 3. Ternary pentlandite diagram redrawn from Kaneda et al. (1986). Pentlandite forms a continuous Co9S8$}4.5Ni4.5S8 solid solution at temperatures above 300 °C. Bimodal Co distribution in pentlandites from Sites 1271 and 1274 indicates temperatures below 200 °C, whereas those from Site 1268 indicate temperatures > 300 °C.

Page 62: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

54

���!��B�B"����������������"���[�@#����"����������������@�����F���"���������"��&-�@�B[�"����������������������������@������!���������� ����"!����$��"�Y������*�|��������V�����������������$��±�����"�����[�������/��������@������"�������/�����������expense of cobaltian pentlandite.

����������!��������� ���� �������"����������! #���!��B�B"������$��"�Y�������:+�����"�����"����U�#�$#�������V�����@�������F�*��

����F�:F[���������!��B�B"������$��"�Y������*�|������/����"����U�#�$#����������������#����$�����/�����������"�/������` #!!��"�����B�^����L�@���+�j���"!���������������"������@�������!��B�B"�������V������[�������������������/�/�$��"�*�����������"����������B�B"������/�������������������"���������V����"����������������$�*�*�"�����[�����������������������#������!B���������������V���/�������"����������L���������������"����B�@�����F���"�����[�@#������/������������������"�����������������*�"���������|���#����$�����!���#����W�#����$�!��B�B"������`��������/�����������"�/-����������"!����$��"�Y������*�|j�"�������������"���!��@������B������V�������������(Supplementary Data Table A6).

Magnetite<�/���������������#�$��"�����"!�����������"�����"�#�����$����`���� #!!��-

"�����B�^����L�@���+*��±���'�"�����j��������`±�F���"�����j��<�/��������!����/���-@������!��������������/���B���������������������"!���������"�/���������������������������������@������!������������!!�����@�������������������"���$��������������"���!��@��`���FF�!!"j�������"�/����������B�����$����&��$��"�Y������*E+����#��Y����1268A magnetite analyses reveal slightly elevated copper and zinc contents (< 0.05 mol. %).

������L���"�����"����U�#�$#��������$�!B����V�����@�������F�E:�����F��E�` #!!��"�����B�

^����L�@���+:j����&��������������!B�������/��$��"�F�F����*�E�"�������L��������������$�!B����������$�������������������������"�������`��/��������!�������������"�/��-���j�������������[����������������$�!B�������/�[�$����������������������#�Q�����#������"����������!��B�B"�������L���"�����B��$�!B����/�������V���/��!��!��������$���V��������"!������`E�:�"�����j��LB!�������������������±�F���"�����[�@#������@������/��������"������`��#V����������:�E��"��������������j�����$����!������!!�����!B������@�������������������"���$����FF�!!"�

Chalcopyrite�����!B����������������������&��$��"�Y�������:+��W�@�����������"�������"!��-

����` #!!��"�����B�^����L�@���+'j�� "�����"�#�����$���������`±�F�FE�"�����j������detected.

Page 63: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

55

2.4. Results

2.4.3. Phase diagrams

}��������#�������/��"����#������/������������ �!����������������������/�fO2 vs. log fS2 and log aH2,aq vs. log aH2 [���!������������@�#��������������������#������$�����!����#����$��F�<��[���"!����#����@���������F�����EFF�;������Y2��¤���̀ �/��E��j��<�-����������������@V�#��B����&�/������#������"!����`@#������[����V����&��[����V�����[�����������j�������"�����$��"�������/��"���������""������$���"������@�����#�@�#"��$�&�������B�$�V�����"�������

�B$�����������̀ �FFEj�������#�����������V�B����V�B���/��"[��������!��������!�����������������������Y2 �Y2��Y���B���"����EFF�;������F�<������������������������-@��B�Q������$�����"�����������������@B� �B$�����������`�FFEj[������������@��B�Q������$�V�����[�!��B�B"��[�/����V�&��[������������@����/�!�����������������[�����#�������!���������������������"������@����������!�������"������[�/����V�&��[�!��B�B"�������V�����[����������$�������������!�������������!�������/��"���������L������@��B���/����$�"�����������#//������@B� �B$�����������`�FFEj����/�Q�����B����#�������C�������!��������������V���������������������\����V�&������W!���������@��"�������@����V������������/����Y2,aq and H2 [������V����������#����W��#���"���������������@���!������<�����������""��[�����V��[�����"�����������/����V�&����V���������#��������/����!��#��/�����}�������$�������������!�����@�#��������$�/����V�&���������������������������$����W�"�������$� ����!����!��"������@���!����� ����������L������@��B�Q�����$�����#��������/��������������$����V����&���������@B� �B$�����������`�FFEj�������$��������!!���������$����C�������������/����Y2 [������V�������"��&�@�B[��������@��B�Q�����$��������������#//��������������#�����#���$��"�"������@�B�$��"�!�����������|���#��������������������&�/���������"!��������V���/����[�������������!�����@�#��������$�tetrataenite as grey continuous lines to account for the manifested coexistence of pent-�������������#�����"�/�������{�/����V�B����V�B���/��"��$�������������� ��B�-tem in the H2[���Y2 [���!���������������$�����"!����#����@���������F�����EFF�;�����F�<���`�/���j��|���#����$������"�����������!B��$���@���!������������"!���������������$�!���������[������C���$�����!�������������@��B�Q�����������/�B���!�������������������-������L����/�������������������$�!��������������"��������Q�����W!�������������������H2,aq and H2 [������V�����+������#���������������#�����!��������@������!���������[������#���@���W!������������������@��B�Q�����$�����#��������/��������������$�����#����L����@���V����������!!�������������������������#������@���!��������������`�/���j��Y��-�V��[�����/��������@#��������$��������V��������������B���"�����!��"�����������@��B��$���&��$���#��!�����������V�������@������!����������������������@������!���������[�������������W���/�����!B���������������B���������!��������������������#����"!�������!#������"������@��������V�������@���!���������������������[���������������$��������project.

Page 64: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

56

–8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0lo

g a

H2S

,aq

Heazlewoodite

Millerit

e

Vaesite

Pentlandite

Aw

arui

te

Pyrite

Pyrrhotite

Hematite Magnetite

Godlevskite

150 °C

–8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

Heazlewoodite

Millerit

e

Vaesite

Pentlandite

Aw

arui

te

Pyrite

Pyrrhotite

Hematite

MagnetiteGodlevskite

200 °C

–7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

Heazlewoodite

Millerit

e

Vaesite

Pentlandite

Aw

arui

te

Pyrite

Pyrrhotite

Hematite

Magnetite

Godlevskite

250 °C

log

a H

2S,a

q

–6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

Heazlewoodite

Millerit

e

Polydy

mite

Vaesite

Pentlandite

Aw

arui

te

Pyrite

Pyrrhotite

Hematite

Magnetite

Godlevskite

300 °C

–5 –4 –3 –2 –1 0 1–5

–4

–3

–2

–1

0

Heazlewoodite

Millerit

ePo

lydym

iteVaesite

Pentlandite

Aw

arui

te

350 °C

Pyrite

Pyrrhotite

Hem

atite

Magnetite

Godlevskite

log a H2,aq

log

a H

2S,a

q

–5 –4 –3 –2 –1 0 1–5

–4

–3

–2

–1

0

Heazlewoodite

Millerit

e

Polydy

mite

VaesitePentlandite

Aw

arui

te

Pyrite Pyrrhotite

Hematite

Magnetite

Godlevskite

400 °C

log a H2,aq

Tetrataenite

TetrataeniteTetrataenite

Tetrataenite

Tetrataenite

Tetrataenite

LHFRHF

Fig. 4.�>����<$�����<����������������������������|�� �����������}$��${$���<���������#?���400 °C at 50 MPa. Dashed lines are the boundaries of the magnetite, hematite, pyrrhotite, and pyrite stabil-�<�� ����� �� �� ������� ���'%����������� ������������������������������ ��������_ ��������� ������ <�<����������������� �<�� ��*������������� �<�� ��������� �������������������� ������ �<�� �������� ��������� <�<���������������������'�� ������ <�������������phase boundaries as dotted and grey lines. Phase boundaries represent equal activities of the minerals in ��`����� ��*������Y#?������� ������������<����� ����������̂ 2 and H2�����������������\����������������������^}'�����"��������"^}'��<������� �� �������� ����� *���??�%������ ��� *��2002).

Page 65: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

57

2.4. Results

–35 –30 –25 –20–25

–20

–15

–10

–5

0

log f O2,g

log

f S2,g

Hematite

Magnetite

Pyrite

Pyrrhotite

Awaruite

Millerite

Heazlewoodite

Polydymite

Vaesite

Pentlandite

350°C50 MPa

Pn

AwMt

PnHz

Mt

log aH2S,aq = -1

, a [

mai

n

MiPy Pd

, a [

mai

nPy Vs

PnHz

Mt

Mi

Fig. 5.�}�����<$������<���������������������������|�� �����������}$��${$���<�����Y#?��������#?��[�*������� ����������������������������������<������������<������� �<�� ����� ��labels in italics); continuous lines are boundaries of awaruite, pentlandite, heazlewoodite, millerite, poly-�<����������������� �<�� ��*����^2S isopotential is for an activity of 1 mmol/kg. It is calculated for the equilibrium S2,g + H2O,l = O2,g + H2S,aq using SUPCRT92 and assuming unity activity of water. The ���������������������������}$��${$������������ ����������*�>���������� ���� ������-������������������� ����������<��������� ����������<����������������������������$�����interaction. It follows the H2S isopotential, suggesting that H2������������������������\�������<���buffered to values around 1 mM.

Page 66: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

58

–8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0lo

g a

H2S

,aq

Hemati

te

Magnetite

Pyrite

Pyrrhotite

Linna

eite

Cattierite

Wai

raui

te

150°C

Cobaltpentlandite

–8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

Hematite

Magnetite

Pyrite

Pyrrhotite

Linnaeite

Cattierite

Cobalt

Wai

raui

te

200°C

Cobaltpentlandite

–7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

log

a H

2S,a

q

Hematite

Magnetite

Pyrite

Pyrrhotite

Linna

eite

Cattierite

Cobalt

Wai

raui

te

250°C

Cobaltpentlandite

–6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

Hematite

Magnetite

Pyrite

PyrrhotiteLin

naeit

e

Cattierite

Cobalt

Wai

raui

te

300°C

Cobaltpentlandite

–5 –4 –3 –2 –1 0 1–5

–4

–3

–2

–1

0

log a H2,aq

log

a H

2S,a

q

Hem

atite

Magnetite

Pyrite

Pyrrhotite

Linn

aeite

Cattierite

Cobalt

Wai

raui

te

350°C

Cobaltpentlandite

–5 –4 –3 –2 –1 0 1–5

–4

–3

–2

–1

0

log a H2,aq

Hematite

Magnetite

PyritePyrrhotite

Linn

aeite

Cattierite

Cobalt

Wai

raui

te

400°C

Cobaltpentlandite

Fig. 6.�>����<$�����<����������������������������|�� �����������}$��${$���<���������#?���=??������#?��[�*������� ����������������������������������<������������<������� �<�� ��%�continuous lines are boundaries of cobalt, wairauite, cobaltian pentlandite, linnaeite, and cattierite stabil-�<�� ��*����������������� �� ���������� �� ��������� ���������������������������`�*

Page 67: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

59

2.5. Discussion

2.5. Discussion

"#$#%#������������ �������������������������������������������&����rock interaction

The phase diagrams displayed in Figs. 4-6 indicate considerable temperature de-pendences of the positions of invariant points and univariant reaction lines in the H2[���H2S,aq activity plane. Hence, before the H2 and H2 ����������������$�������������/�%#-�������@�����"�����������������������!��V���/���"!����#�����$�%#�����&�����������are required. These can be estimated using phase relationships (Bach et al., 2004) or oxy-/�������!����"!�������`+���������[��FF*j����������������[��!��Q����B�������!����"����of olivine by serpentine, brucite and magnetite in the presence of fresh clinopyroxene $��"�����#!!������$��$�Y������*E+[���V��@��������!����������������������"!����#�����$����!����C�����`±��FF�����F�;��|����������[��FFEj�����/����������&��WB/�����-tope data, Alt et al. (2007) estimated variable serpentinization temperatures of peridotites $��"�{�/��F'�������������������!����������������"���[����������&����!��!����������������������������"!����#����`±���F�;j�@�������������/��¨18O (up to 8.1 ‰) of samples $��"�Y������*E+�������������[��/����������������"!����#����`��F�����F�;j�������������@B�����¨18�����������&�V��#���`������E�E�»j���� ������:��L���!�������������� �� ������������� ��B���"�������V��������������$��"������@�#������$��"�������"!���-�#����`��/[��'*���X������������[��':���+���¬� ���&�[��FF���X��&�C��¬� #/�&[��FFEj��}���V���/�����������������$��"�������"����"!���[�$��������¨18�����������&�����������V���@���`+���������[��FF*������L�@����j��L������������/�¨18����"!������@����������&��$��"�Y��������:+�������*E+����������%���������B���"�����$$������������������� �!������������������"��������"!��������|��������@��#���������V�/���#/��estimates of alteration temperature. In particular, the compositions of pentlandite and !��B�B"������"�B���V���� ��"!����#����$��"������X�������������`�':�j���!�����������!����������$��"������"!�������������#����@�������`��[��j'�WS8������'�WS8 in the �FF��FF�;���"!����#������/���+���FF�;[��������!!��������@�������V#���������#�����������@������!����������������W������������������"�"@���!����������`�/���j���@������and non-cobaltian endmember pentlandite indeed co-occur in veins in some samples from Y������*E+[�������/�����$��"�������"!����#�����$����FF�;����������̀ #!!��"�����B�^����L�@���+�j�}��������&�¨18��V��#���$�����������"!����`E�:�*�E�»[�+���������[��FF*j������@�����������������������������������"!����#�����+���/�����"!���$��"�Y������*�|�`�F�����F���j������$���#����@����!����������[��������#������"������������������-����������"!����#��������F�;����#����@B�+����������`�FF*j�@��������¨18���$����&��$��"�Y�������:+������"�������������&��$��"� �����*�����#�Q����������������¨34S.

����������� $��"� ��"!��� ��*E+��������F����E� ���� "���� !���������� $��"� Y����

Page 68: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

60

���:+�$�����#����#����������FF�;����/�����/�����{�����B[�������������"!����#����"�B���V���W��������FF�;��V�����Y������*E+����$���#�����B[����¨18O data exist for that ��"!����+���!���������������&��$��"�Y�������:+�����@��������������������������"!���-�#�����!!������B���������FF�;[�����������������������̈ 18O values of those samples (Alt ������[��FF*j�����B�B"�������V�������$��"��������#�#����������#��������FF�;�`��/[��'*�j��L�����"!�������$�����!��B�B"������/����������&��$��"�Y�������:+��������-�������������̀ ��[�j3S4�!��������@������EFF�;[�@#�����B����������������������V��$��"������E�F�;��L���!��B�B"��������"!�������$�����Y�������:+���"!��������������������������������/��������������"!����#�����$���F�;������/�������#����$��"��WB/�������!��data.

2.5.2. Redox conditions during serpentinization

���V�#����#������V������������#�Q���[��W������������B��������������� ��B���"����������V���$���������W�����������#��/����!����C�����̀ ��/��_�&������[��'*��������[��':���+���¬� ���&�[��'':j���#��!����/��!����V���/��������V������������!����C������$��@B�����!���������$��"��^��{�/��F'�������"!�����@B�����/�/���������� �!����� ����"@��/���� ��� !����B� ���!����C��� !��������[� !���������� �� ����#��� �� "�/-����������!��������������C�����������"�/���������� ������"���������"@��/����������� �"������������!��������$��"��^��{�/��F'�����V��#"�������B���/�Q�����`±�0.1 vol.%) and hence incapable of buffering H2[�������/������������ �����"@��/��mineralogy apparently monitor changes in H2,aq activity superimposed by reactions be-������������������V���%#�������!������������</��������2��� �2�Y2O system. A reaction commonly observed in thin section is the desulfurization of pentlandite to ����#�������"�/������ ����� ����V���@B� ���� ���/���#��������$�Y2,aq released during ���!����C����N�

`�j� �4.5Fe4.5S8 + 4H2,aq + 4H2O '�����3Fe + Fe3O4 + 8H2S,aq.

L��������������������W���"��B������WB/��������#�$#��$#/�������������B���"������-�������������#�����"�/��������#�@����������@�������$����C���������"!�B��B���/���������������������������������������#@��B��$���B���/����������[���!����#����@��������FF�������F�;�`�/��Ej��+���#����������C�����������V���������#������������"@��/�[�although they may co-occur in the same thin section. The assemblage pentlandite + hea-C�����������"�/��������������Y2[������V�����#���@�������B���/������#�������$�����%#��[��#//���/������!����������@���&�����������@B������������N�

`�j� �4.5Fe4.5S8 + 6H2O '������3S2 + 1.5Fe3O4 + H2,aq + 5H2S,aq

Page 69: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

61

2.5. Discussion

������������#���@���&�������@B������������N�

`�j� ��3Fe + 6H2S,aq + 4H2O ' Fe3O4�����3S2 + 10H2,aq

|���������������������������/��WB/���$#/������������������������#//������������/��#�$#��$#/��������"!�������������������#��/�����@���&������$�!����������������-�#����+����#/�����������"!����V������$���!����������@���&�����������C�������������"�/�������������������`�/���$j[��������#�������#���@���&���������������������������������!��Q������"@��/�[��������#��������$���������`�j��������������&��!������+��EFF�;� ���� ����#��� ���@��B� Q���� �W!����� ���� ���� !B�������� Q����� Y���[� ���� ����"@��/��!����������������#�����"�/���������������@���

2.5.3. Redox conditions during steatitization

� L����!��#��!���������"@��/������$�#����������C������!��������������"!�����B�different from those found in partly to fully serpentinized peridotites. With increasing ��/�����$� ������C�����"�/������ �� ��!������@B�!B���������#�$#��!������ �#�Q��������!��/����V��B� ��!������@B� �#�$#�������� �#�Q�����L����� ���������� ������� �������/��WB/��� ���� �#�$#�� $#/������ `���� _�&������[� �'*��� �����[� �':�j�� ^#��/� ������C������$����!����C���!���������"�������/�������������W!������$������#�$#��!�������#�Q�������C�������������/����V�&���`�/����j��L�����������!����"�����$�!����������������-�#���@B�"����������������@���V��[������#/����"�B���&��!�����$�fO2������������!��BN

`Ej� �3S2 + H2S,aq ' H2[�������

`�j� �9S8 + H2S,aq ' H2[�����'�

L�����!����"�����$�"�/������@B�!B��������!���������@B������������N

(6) Fe3O4 + 6H2S,aq ' 2H2,aq + 4H2O + 3FeS2

���������`Ej���`�j����������������/�Y2,aq and increasing H2S,aq activities. With pro-/����V��������C�����������!����"�����$�"�������@B�!��B�B"������`�/���&j[���������a further decrease in H2,aq and an increase in H2 [������V���N

`*j� �� ���Y2S,aq ' H2[������3S4

Page 70: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

62

`:j� �� �����3O4 + 6H2S,aq ' 2H2,aq + 4H2��������2S4

���!����B������C������!��������"�/��������"���������!B������!��B�B"�����������"-nant assemblage (Fig. 2i). Although this is not an equilibrium assemblage per se, those phases do represent a small range in H2[�����Y2 [������V���������F�;�`�/��Ej��L������#@��B��$�V��������!B���������"!����#����±�EFF�;���@�������"�����[�������������"�W"#"����#@��B��$�V������ ��!B���� ��*���"��������� ��"!����#�������#���*FF�;�`���&�¬�X#����#�[��'��j��L����/��������������������!B����$��"�Y�������:+�`#!����*�EE�"�����j�����"@����������������������"!����#�������#�����F�;��#//����������������#�����$�����!B������"������@����L��[����#��[�"!���������Y2[�����Y2S,aq activities ��������������@��B���/����$�V�������L���������!B������Y�������:+�������������!�������!�������/������/������#�$#��$#/�������������������Y2[���U��/������Y2S,aq conditions `�/��E����j��L����B!���$�"�����C������!!������/���B���&����������$��"������$��������veins and steatitization of serpentinite. In addition to forming vaesite from polydymite in the course of increasing sulfur fugacities,

`'j� �3S4 + S2,g '��� 2

V����������!B��������/�����"�������"�B���!�����!��B�B"�����N

(10) Fex���WS4 ' Fex���WS2�����

�#������"��B��"������B������������������������������$�V���@���������������/���"-peratures (Fig. 4).

2.5.4. Implications for a potential H2S,aq buffer in serpentinite-hosted hydrothermal systems

}����W���W�"���$������#�Q�������"@��/����@���V�����V����`����#�����������-�V���j� ���� ���������� ���� Y2S,aq concentrations measured in high-temperature vent %#��� $��"�#����"�Q����������B�������"��� �B���"�����#���V����/���� �������@������{�/�����V��B�������"���Q�������V��#�$��"�Y2 ����������������$����#�����""��U&/�`"<j�`�����#�������[��'':[��FF��� ��"���������[��FF*j��}�������������������#��#��Y2S �������������� �$� ��������/� %#��� ���� ���"����� �#�$#�� ���� �WB/��� $#/������ $��"�!�������������[�$�����W!�����������#�@�#"��$������������N

(11) S2,g + 2H2�[��¤��Y2S,aq + O2,g

Page 71: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

63

2.5. Discussion

`���������[��':�j��L�������"��������!��������#���@�������@������W�������������%#��������"<�Y2 ������F�;[����!����������Y2 [�����!���������$���"<����/�������"��&-�@�B[������F�;������F�<���������"<�Y2 [��� ��!�������� $����������� fS2UfO2 evolu-���� ������ ��V������ @B� ���� �#�������� �$� ������� � !����� ��������� �@���V���� ��� ����thus be suggested that H2S,aq in serpentinite-hosted hydrothermal systems is buffered @B���#�@���@������������������ �!�������Y2 �����������������������&�������������"!����#���{�����B��B�������"���V����%#���������������������������[�@#���W!�������B������`X����B�������[��FF���^#��V�������[��FF�j������#//���V���$�Y2S activities that are in �������/���$���V�����¹"��U&/�� #�������Y2 ����V��������������B���������������@#$$��-�/�@B�!����������@���&��������������������"�������������C������"!����#����`+�����¬� �B$���[��FFEj��$��FF�;�`�/��Ej��+����������V���W!������������!��V����@B� �B$�����������`�FFEj[������B!�����C�������������/��Y2[�����������Y2S,aq concentrations found �� �������B���"���#//����"�/��������@��������������������%#����#�@������EFF�;������F�<����+����#/����������!����������������B�����������������������"��B��"������[������V������B����@���V�������"�/��������@����������������������"@��/������-tered peridotite. Perhaps the serpentinites and soapstones drilled from the area around {�/�����V�����#��&�����&���������������U#!%���C�����#��������������{�/�����V�V����Q������#��!��$����������!�������[�����V��[��������Y2S,aq is set by pentlandite desulfur-C���������������<������#�Q����������������"!�����������������!��������`��!����#����#��#�Q���j[�������!!�����#��&��B���������B�@#$$�����"�����%#���!������#�����������V���H2[��W��!��!����!������"�����C���#!%���C�����������#@���#����!�!��������������������the levels of dissolved H2�������{�/�����V��������@����B�������"���%#�������������B������������������!����C�����������������EFF�;���#��!���"���B������#�����������there is no unique H2[�����Y2S,aq buffer in peridotite-hosted systems, but H2S,aq should @������@B�!�������#�@������V��#������#�����"<������"!����#�������#�����F���EFF�;��Y���V��[��������������"������V������"!����$������&��������!������������������C�����$����/����"!����#���V����%#������&��$��"�Y������*E+���V��������������������"!����#���[������������&��$��"�Y�������:+���V��������� �!���������������������������������H2[�����Y2 [����B���"������$�����V����%#����L���!��@��"��$��������������������������unique H2[�����Y2 [���@#$$�����������������@#$$���"/���@�����#����$#�������W�"�������

2.5.5. Sulfur metasomatism

L������#�$#������������$����&��$��"��^��{�/��F'����/��$��"�F�FF���������������`��#��&�������[��FF���+���������[��FF*j��L��B�����V���@�B���!�������������������"!���������������!������#!!���"������`��F�F���������� �������¬� ����&�[��FFEj��+���#��!����-graphic observations reveal, main-stage serpentinization results in desulfurization of pri-"��B��#�Q���̀ ����+���¬� ���&�[��'':j�������#����B[��#�$#�����#���@�������$��"��������&��during serpentinization. Indeed, sulfur concentrations in many serpentinite samples are

Page 72: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

64

@�����F�F���������`�/��*j�������!�����$� �2�V��� ������!����B����!����C���!�������������"�����@�#����`���������� �2�±�EF������j���V���������B�������� ���"!�����������"!�����B����!����C������������C������&���L����������������V���#�$#������������$������������$����������}������������#�����$�������#�$#��������B�����#�Q����@���"������������the course of steatitization? Hydrogen produced in copious amounts during serpentiniza-��������&��!��#�$#��$#/��������������!#����#�$#���#���$�!�"��B��#�Q�������������V���H2 N

(12) S2,g + 2H2[���¤��Y2S,aq

��"��B��#�Q������$�����!���������������#�$#�C������@���"���@����������#��/����-!����C����N

`��j� �� �`��!�"��B��#�Q��j���Y2[���¤�Y2 [��������`������#��j�

When serpentinization nears completion the conditions become less reducing and reac-����`��j�!�����������������$�[�������/�"�����C����������/���#�$#��$#/���B�����"-blages such as observed in Hole 1268A to develop. One possible explanation for the sulfur enrichment in completely serpentinized peridotites is a moving serpentinization front. Sulfur is leached from the peridotite during active serpentinization, removed by �������!����C�����$�����������!���!�����������&�����������!����C���������"!�����������!�� ����!������$� �����B���"������#����/�����V�����!����C�����������/����������!��������/�%#���!�&�#!�Y2 [�����������B������#@���#����B��#"!����#�Q����������������������������#�$#�������WB/���$#/������!��V����L���Y2 [���$����[�����V��[���#�����V�����@��$���B��#@�#��[�����V������������#�$#��$#/���B�!��������#���@#$$���Y2S,aq ����������������V��#����$������������$���"<�`�����@�V�j��L��������������#�Q������#"#��-������@���V�����Y�������:+[�������#�����������%#W����#@���������"�#����$����!��-��C����� %#��� ����#/�� �� C���� ����� ���� �W�������B� ����������� �/�� �#�$#�� ���� �WB/���$#/������� #�����C������#���!��������B�@������!��!������!������$��B�������"���#!%���C����[�������#!�����/����#����%#���"W�������������������������������B���#�������!�B������"��������/������������������$�%#��"W�/�@������#�V������#�Q���!���!��-���[�@#�����������������#�$������#���������#�������W���������#�����$��#�$#�[��������#���@�����#��������"�/������B�@B���B���/��������V�������������#!�����/�%#����������[������#�$#������!����"!�������$��B�������"����#�Q���V����$��"�Y�������:+�`¨32 �¤�������»��+���������[��FF*j�����������������#��������������#�$���������/�Q�������#�����$��#�$#��@�������#�Q�����������$��"�����@���"����� "����B[�|�����¬�Y�!&�����`�FFFj�$�#���"�����������#"#�����������������������$�����V������Y�����F�:�`{�/�*����@�-����<��/�j����������#��������������#�Q�������!���!������$��"������������������/��������#��/�%#���V����/�$��"��������!�������� ����!!����� �����@�����#�$#���������-���"�����"���"�������"��������������Y���V��[���"�����&�B������C������!��������

Page 73: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

65

2.5. Discussion

��V���W�����/�B��/���#�$#�����������`�/��*��������#��&�������[��FF�j� ������/� �����the sulfur-metasomatism preceded the silica-metasomatism. In those samples, steatitiza-����������������!������V����������������!������!��#��"��!���!B��W����`@�����j�����contrast, serpentine replacing olivine is apparently unaffected by steatitization. Because bastite and vein serpentine are usually devoid of brucite they can be readily transformed ��������[���������@�#��������/������������!������������"������W�#����/��#��"�����#�&��#!����������@�$�������!����������@�������$��"�������������+!!������B[���������-duction of silica to the system leads to increased oxygen and sulfur fugacities that, in turn, !��"�����#�Q���!���!�������+�#��#�������!��B����������������/��WB/���$#/�����[�����B���/���!���#������������"�/������$��"���������@��$������������������������V�����$����W�"!��N

(14) 3Fe2SiO4 + 2H2O ' 2Fe3O4 + 3SiO2,aq + 2H2,aq

or

(15) Fe3Si2O5(OH)4 ' Fe3O4 + SiO2,aq + H2O + H2,aq

+�����/����@�#������!������[�������&��!���������V���������������[��������@�#���������-!������@#$$��[������������E���������$�"�/��#���@������#���C����#������`��/��������¬�Beard, 2007). As silica activity goes up, reaction (15) may be reversed and Fe-rich serpen-

Fig. 7. Whole-rock concentrations of sulfur vs silica for samples from ODP Leg 209. Partly serpentinized peridotites (< 40 wt. % SiO2) have sulfur concentration that are slightly enriched or markedly depleted relative to depleted mantle peridotites (0.012 wt. % S). Sulfur is strongly enriched in silica-metasomatized (i.e. brucite-free) serpentinites (> 40 wt. % SiO2) and steatites from Hole 1268A. Data plotted are from the literature (Kelemen et al., 2004b; Paulick et al., 2006; Alt et al., 2007). (See text for details.)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

30 35 40 45 50 55 60 65 70

SiO2 wt.%

S w

t.%

1268A1270A1270B1270C1270D1271A1271B1272A1274A

Page 74: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

66

����$��"���L��������������#���!��V�������&�$���Y2,aq, required to pyritize magnetite [see reaction (5)]. Because talc does discriminate against Fe much more than serpentine, �����#�Q���"!��/������!��&���#��/������"�����"���"�""������B��$����@�#��������reacted out, but before replacement of serpentine by talc is complete. The source of silica ��"����!��@�@�B�/�@@�������#�����`|����������[��FFEj���#������#�������V�������@����proposed to explain the sulfur and S isotopes systematics (Alt et al., 2007). Both silica- �����#�$#�������"����������&��$��"�Y�������:+����[������$���[�@��@�����W!������@B������V��V�"�����$�/�@@����������/��[����������$���#����B�$�#�����Y�������:+�����������������������;�F��������#���~���������`����X���"���������[��FF*j��

2.5.6. Possible existence of a free H2-rich vapor phase

+����"�����������@�V�[�!����������������#�����"�/��������#�@���"!�B��B���/���������������������������������������#@��B��$���B���/����������[���!����#����@��������FF�������F�;�`�/���j��|���#�����"!����#������"�����$��������������$����&��$��"��^��{�/��F'� ���/��B��V����!����� ���� ��"!����#��� ���/�[� �� $����Y2-rich vapor phase may exist in abyssal serpentinization systems. In continental settings active serpentinization produces H2�����/����"��������`��/��L��B��[��'�����V���B[��'*���|������������[��'*:��§#�&�V��������[��':����V���B�������[��':*��+@�������������[��'::�� �#�����������[��':'j��+����#/�� �����B���������!����#��� �� �������!� �������� �������� ���� ���#@��B��$���B-drogen, serpentinization of abyssal peridotites may produce a free H2-rich vapor phase. L�������@����!��!�����!��V�#��B[�@���������W!��"���������&�`<�����"�¬� ������[�2001, 2006) and theoretical considerations (Sleep et al., 2004). Our calculations provide additional support for the idea that H2 concentrations close to or exceeding hydrogen solubilities may develop during serpentinization. Figure 8 compares the H2 concentra-�����������!����/��������#���!����������"�/���������C�����������#�@�#"N

`��j� �4.5Fe4.5S8 + 91–3 H2O + 21–2���3���¤�'1–3 H2,aq + 21–3 Fe3O4���E�3S2

���� ����� �$� ��#�@�#"� Y2[/� ¤� Y2,aq. As indicated in the phase diagrams presented �@�V�[� ����#���@����/� ����"@��/��� ��!������� �W���"��B� �/�� Y2,aq concentrations ������ ������#�����[� ��!����#���� �� �����FF����FF�;� ��"!����#��� ���/���L����$$�����$�pressure is also considered in the calculations and illustrated in Fig. 8. Hydrogen concen-�����������#���B�"���#������%#���V����/�$��"�!����������������B�������"����B���"��`��/�������#�������[��FF�j������������������������$�"�/��#������������������"�W"#"�V��#����W!�������Y���V��[�{�����B�%#���B���/������������������$����"<�`����&#-����&�������[��FF�j�����#�������#������������B���/���!������!����#����$�*���<���̀ �"@����!����#������{�����Bj�@B����B���$�������$�QV���+���#�������@�������/��������������������"������/�����������������L��!�����B!���B��������$���/������"!�#�������B���-

Page 75: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

67

2.6. Conclusions

����"����B���"��`Y�����¬�|�����[��'''��<�����"�¬� ������[��FF�j��}���#//�������������!���������$�����#����������&��������������������������/�%#���"�B���V���W���V���a H2�/���!����[��������#��������"�&����V��B��$Q����������B���$�����/�����B���������-�������`<�����"�¬� ������[��FF�j��}�����������������B���/�������/���!�����$��"��during serpentinization depends on the pressure (Fig. 8). Our calculation results suggest that a free hydrogen gas phase could potentially develop at pressures < 50 MPa. Dihydro-/���������"�����������%#�����#������@���V��������!��������/�@@�������&��$��"�������������#���`��/��X����B[��''*��X����B�¬������\����[��FF�j�"�B�!��V����V������$���������V���!"�����$�%#���W���#������#�������W�"�������$������B!��������������B����"-!��V������"������$�����!����#�����"!����#�������������$�!��������%#������������

2.6. Conclusions

� }��!��!������������������ �!��������������!��V�����V��B�#��$#��"������for the evolution of temperature and the fugacities of sulfur and oxygen during perido-�������������������������#�����#������"��������������!���������$��"�Y������*E+���������!����C������#�$��"�B����#��/�������������������V��B�������"!����#�����$�±��FF�

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

100 200 300 400 500

Temperature °C

Log

aH2,a

q

H ,aq solubility

Aw-Hz-Pn-Mtcontrol

2

Fig. 8. Comparison of the amount of H2,aq corresponding to H2{$������$��_ �����$�� ����$magnetite equilibria (compare invariant point in Fig. 4) and the amounts of H2,aq soluble at pressures indicated by the numbers in italics. It is assumed that the partial pressure of hydrogen in the gas phase cor-responds to the total hydrostatic pressure. Solution curves terminate just short of the two-phase boundary. It should be noted that a hydrogen gas phase could potentially develop at pressures below 50 MPa.

Page 76: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

68

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

;�� �����C����� �#!��"!����� ��� ���!����C����� ���#����� �� �������/� �WB/��� ����sulfur fugacities. Sulfur-metasomatism affecting fully serpentinized peridotites is related to steatitization. The evolution of SiO2, H2 and H2S activities is coupled. Dihydrogen ���!�� ����� @�#���� �� �W��#����� @B� �������� ���� �/��� �2� %#��� !��@�@�B� ���V���$��"����������������/�@@����@����������"�&��#!������/��$��������$����������!�������������;�F®�������#���~����������+��Y2,aq activity drops, high-sulfur fugacity phases such as pyrite and polydymite precipitate. The sequence of events leads to early perva-�V���#�Q���������/�$��������@B���������������C����#�$#�������"�����+�����������������!��"��������#�$#�C������$�!���������[��#�Q�������"�V���$��"��������&��#��/�����initial stage of serpentinization. In contrast, steatitization indicates increased silica activi-���[������/���#�$#��$#/���B��#�Q���[��#������!��B�B"�������!B����V��������������#-tion, form as the reducing capacity of the peridotite is exhausted and H2 activities drop. ��������������������[��#�Q���������������#�$#�C��@#��!���!����[������/������������-"�����$� [��������������&��$��"� ������:��L�������V��#�����$�f��[/�fS2,g in the system $������������!���������$�Y2S,aq, indicating that H2 ���V����%#�����@#$$���������@�#����""��U&/������F���EFF�;��������"���"������#������������F����FF�;��L�����!���������������������� ���� ���������� ���� �������������� �@���V��� �� ���V�� !����������������B�������"����B���"���L�����V���!"�����$�!����������������#�����"�/����������"-@��/���"!�����B���/�����������������������������������#@��B��$���B���/����������[���!����#����@��������FF������FF�;��L�����""������#��������$�����#����������������an H2-rich vapor phase may develop in abyssal serpentinization systems, if the pressures �$����������&���������������±��F�<����L���!���������$��#�����/���!�������#���/�����B�facilitate the abiotic synthesis of organic compounds. The phase petrological constraints �������W���#���@���/�������$��/����"!����#��������"���B������������V���@���$������-ruite, pentlandite, and violarite.

2.7. *�+�������������

}������&�<������Y���������$���������!��������/�#!���������"��B��"������@�����<��B�����&��/�����������=�����������������$�����"#����/����#�������}������&�|��-@����<���������������+!!���$�����������������������������������"���!��@������B�����������\����������Y��/�����#��&�!��V������"!���"������������������������������\������ ����� �� ����&��� $��� �����/� �$��"��������Y�������:+��!��#��!����� ����"-@��/�������/��$#����V����@B�|��������_V���[���"���|���������^��B�����#���#&�����������������!$#����""�����@B���������������������"#����!!���������L������������#����samples supplied by the Ocean Drilling Program (ODP). ODP is sponsored by the US �������� ������ ��#������� `� �j� ���� !����!���/� ��#������ #����� "���/�"���� �$������������/��!��������#�����`���j[������L������&������#!!����������$#����$��"�����

Page 77: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

69

References

!����������B����/��"���EE��$�����\��"��� ��������#�������`|+���F�U��������|+���F�U���j�����@B�����^�\���������������U_W����������#�����®L���������������_����� B���"��

References

+@������[� L��+�� ¬� �������[� ��� ^�� `�':'j�� ~�"@����� �!�����[� ���!!���[� ���� #�Q���!������/B���$����������������C������$�������+������<���$������@#��������<������/B������������/B��F�[��E�**�

+@������[L��+�[� �#����[�����[�|���&�[����X�[�{B��[�\��{�[�������[�������¬� ��V���[���<��̀ �'::j��<��������B���/���/������!�[�~�"@������!�����[����!!��������!��������������/�����N���/����$�<�������������_������+"������"N�_���V��[���!!����������

+�@������[������[�������[�\��|��¬�X�#����[����<��`�'*:j�� ��#��#����$������������������"�������������#����*�[�E���E�E�

+����[�^��_��¬� �B$���[}��_�[� ��� `�FF�j���"!�������� ��������� ���V����%#��� $��"�#����"�Q��������� �B�������"��� �B���"�� ��� "�������� ��/��N�+�� �W!��"��������#�B����EFF�;[��FF�@�����\����"��������"���"���+�����*[��������E��

+����[� ^�� _�� ¬� �B$���[}�� _�[� ��� `�FFEj�� ��!����C����� ���� ����� /��������N������������$��"�{�����B��������@����B�������"����B���"���\����"��������"���"���+�����:[���E*����E�

+��[� ��� �� ¬� ���&�[}�� �� `�'':j�� #�$#�� �� ���!����C��� ������� !��������N� ��!����C�����!�������������"���@����#�$�������#��������#������$�\��!�B���������������F�[�''�*�''�'�

+��[������¬� ���&�[}����`�FF�j�� ��!����C������$��@B�����!���������$��"�����<+�X�����[�<��+���������/�N� #�$#��/�����"���B�������������"�����/��\����"��������"���"���+�����*[��E������

+��[�����[� ���&�[}���[����[�|���[}�[���#��&[�Y�[�\�����[������¬�|��#���[�\��`�FF*j��Hydrothermal alteration and microbial sulfate reduction in peridotite and gabbro �W!�����@B�������"����$�#���/��������<��+���������/�[���;�F���`�^��{�/��F'jN�+��#�$#�������WB/�������!����#�B��\�����"���B[�\��!�B���[�\���B���"��:[��F:FF�[���NF:F�F�F�F�'UF�FF*\FF���*�

+�����B[� ��}�[� |���#W[� ��� +�[� |����[� X�}�� ¬� ������[� <�� �� `�''Fj�� Y���@��&��$� � <������/B�� L#����[� +~N� <������ ^���� �#@����/� `@B� !��"����� �$� ����Mineralogical Society of America).

|���[}�[� \�����[� �� ��[� Y��V�B[� ��[� ��#��&[� Y�� ¬� ������[� <�[� `�FFEj�� ����@������������!�������� ����������N� ����� ��/���� $��"� �^�� {�/� �F'[� <+����;��\�����"���B[� \��!�B���[� \���B���"�� �[� �F'���[� ��N�F��F�'U�FFE\FFF*EE�

|���[}�[� ��#��&[� Y�[� \�����[� �� ��[� ����$����[� |�[� <�#���[}�� ��� ¬� Y#"!���[� �� _��

Page 78: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

70

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

`�FF�j�� ����V���/� ���� ���#����� �$� ���!����C����� ��������N� !����/��!�B[�"���������"���B[�����!����!�B�����$����!��������$��"�<+����;��`�^��{�/��F'[� ��� ��*Ej�� \��!�B����� ��������� {������� ��[� {���F����N����F���F�'U��FF�\{F���:��|�����[���[�{�"�����[������¬�Y""��@��/[�\��`�'�*j��\�����"�����V�������$�!���������B����!����C������ ���������[�:�F�:���

|�����[���[������[�������¬�L��������[�������`�'*:j������������B����!����C������������������[� �"��� ���� §#/����V��� \����"��� ��� ��"���"��� +���� E�[��EE��E��

Bayliss, P. (1990). Revised unit-cell dimensions, space group, and chemical formula of ��"��"�������"���������������<������/����:[�*���*���

|����[� ��� �� ¬� Y�!&����[� {�� `�FFFj��+� $����[� ���!����C������������� �B�������"���V���[�������^����/����/��"�{�/��*�[� ����F�:�`�@����+@B���������jN� �"����!����� �$� "������ ���� %#�� ���"���B�� ��#����� �$� \��!�B����� ��������� �F�[�����*�����'�

|���C�V�&[�\��+�[�^��@#�����&[����+��¬�X��V����&�[�L��+��`�FF�j��{�����"!����#����������!���B��$�!�����������+"������<������/���:�[�����������

|�����[� <�� _�[� +����[� ^�� _�� ¬� �B$���[� }�� _�� `�''�j�� ���#����� �$� �2 during ���!����C������$���V�������FF�;������FF�@�����\����/B��E[�������E�

|���&�[���<��`�FF*j�L���\�����"����}��&@�����������*�F����@���[��{N���V����B�of Illinois.

|�#/�#��[�Y�[�^"���V[�{�[� �����/[� ���\�[� �@���V[�+�[� �����[� ���{��¬�������"[�Y��^��`�'::j��<������������/����B�$��"����������"����N�<+����!����#������������E;���_�����������������B� ������{�������::[��*����

���[� ��� ��[� |���&"��[� ^�� X�[� "��[� ^�� X�[� <�+������[� _�[� �������[� |�[� <����[� �[�+V/�����[�_�[�������[�+�����¬�_�������[����̀ �''*j�����#/�������!��#�$�����$��"������������+�������';��®���/�������$��"�����������������#����:�[���'�����

�����[� <�[� {�/�@�����[§�[� ��� �#�#���[� ��[� |�#/�#��[� Y�[� ���B[� ��[� ^"���V[� {�� ¬���#�#��[�§��`�''*j�������"�Q������/�@@�����W!��#�����������<��+���������/�N�/����/����"�!!�/���������;����/���L������!�B�����*'[��'������

���B[������[�|��#�[�<��\��¬�X���"��[����X��̀ �'':j��<�/�"#����������/�����"��+���������/��@��������E;��������;�N����#�����$�{�/��[��+< L_U}Y���<�^_�' :�Survey. EOS Transactions, American Geophysical Union 79, F920.

�"·�[�{��¬�X��!!�[�������`�':*j��Y/����"!����#��������"���B��$��#�!�����B���"���2, Standard enthalpies of formation of pentlandite and violarite. Physics and ��"���B��$�<��������E[�����*�

��"@�����[����+�[�<�{���[�����[�L����[�������¬�{�������[�\�����`�'��j�����V��"������������<#�&�W����#��������������#������$�_����� ��������[��::�����

�����#[����{�[���#�#��[§�[�|�#/�#��[�Y�[�^��V��[������[�_��#@���#[���[������|�!����[���[�

Page 79: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

71

References

^�!�/�B[�+�[�+!!��#[����¬�����[����+��`�'':j����������Y4 plumes generated by ���!����C������$�#����"�Q�����&���������������������$�������;�F���$����#���C������������<��+���������/���\����"��������"���"���+������[�����������

�����#[����{�[�̂ ��V��[������[���#�#��[§�[������|�!����[����¬�Y��"[����̀ �FF�j��\�����"���B�of high H2� ���� Y4� V���� %#��� ��#�/� $��"� #����"�Q�� ���&�� ��� ���� ���@����B�������"���Q����`��;�E��[�<+�j����"����\����/B��'�[��E����'�

����[�<�� `�'':j�L���"����"����L�@���N��� L��+�+�[�E����������#������$���B�����������"������$�������^���[�<���/��!��'�

���&[� {��+�� ¬� X#����#�[� \�� `�'��j�� L��� �#�$#������ !������ �$� ���� ����� � �B���"��Economic Geology and the Bulletin of the Society of Economic Geologists 58, :���::��

�V���B[����<��`�'*�j��YB���/����������!������������������������������C������$�/���������� ��� ���� �������� <��[� +���/���B[� ��$������ _����"�� \����/B� ���� ����|#�������$����� ����B��$�_����"��\����/������[�����������

�V���B[����<�[���[�[�\��@��[�_��^�[�~�����[�_����[�^�������$$[�\��+��<��¬�+�/��[�_�� E. (1987). Serpentinization and the origin of hydrogen gas in Kansas. AAPG � |#������*�[��'�E:���/[�������`�'*�j������������@��B�����������+"������<������/�����[���F���������/[�������¬���������[�+�����̀ �'*�j���������������������� 2�L�V�������������������� �

�B���"��\����/����+����������$�������<������/����+����������$������[������+��#���<����/[�<�B������[��'*�[�+@���������$���!����

^������[�+��L��`�''�j�� \L_������$���!#������"��������!������[���*�E���^����[�{��¬�|�#/�#��[�Y��`�':�j��+������!�������E;���������"��+���������/�N�����!��

` �[���j��������������"����������_� �L����������[�+"������\��!�B����������67, 410.

^����[�{�[�|�#/�#��[�Y��¬������[����{��`�''�j��\�����"����"��!����/B��$� ����������<��+���������/�[��F��E;�N�L��������"��������!����"!��"������B��_�����������������B� ������{���������F[�EE��E���

^�#V���[�_�[������#[����{�[����&���[�_��Y�[�|��V��#[���[���V������[�����[�̂ ��V��[������[���#�#��[�§�[����#�[�^��¬�+!!��#[����`�FF�j��L������@���V����%#���`��;�E��[�<+�jN� ���� �%#����� �$� #����"�Q�� ���&�� ���� !����� ��!������� ��� ������ "�������������� ��� <��+������� ��/�� �B�������"��� %#���� ��"���� \����/B� �:E[��*�E:�

^�#""���[� ��_�[����̀ �':�j��|���/�����<W�/��$�YB�������"�����#��N���"����_$$��������<����������!���������V����B����&[��+N������B�V���� �������V����B�

^#��V[�{��_�[�{��[�+��§�[�^#@���[�\��+��¬��"���V[�������`�FF�j��<���@���!����������������{�����B����������[�<��+���������/���<���@���/B�*E[�'*��F��

_�&������[�������`�'*�j��L���^#"���� ��!������N�+�"�����$������������$���&��$���#���!��#��"����������"@��/���@B����������������������#����"�Q�����&���_����"��\����/B�*F[��:���F��

Page 80: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

72

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

_�������[� ��� ¬� �����[� <�� `�'''j�� �����"�Q�� �W!��#���� ���� ���� /��V�B� �/���#��� �$����� �����!����� ����� ���� �$�����L����B� �����#��� ~���� `<��+������� ��/�[��E;�����;�j��_�����������������B� ������{��������*�[�E���E�E�

_�������[���[�Y���[�\��¬�_V���[�|��`�''*j��_$$������$����!����C�����������������!����������/��� ���� ���� ��B��� �$� ���"��� $�#���/� ��� ������!�����/� ��/���� _����� ������������B� ������{����������[�:���:'�

_������[� ��[� <�V��[� �[� <��{���[� �� ��� ¬� <���/[� +�� <�� `�FF�j�� ���������� �����$��"������������������������/���$��������������"����N�L���<��+���������/�� ����� ��"!��W� ��� ��;E����� \�����"���B[� \��!�B���[� \���B���"�� E[���N�F��F�'U�FF�\FFFE*��

�����[� <�� _�� `�':*j�� ��#��#��� �$� \����V�&��[� �9S8�� +���� �B������/��!���[� � E�[���������*�

�����[�|�����`�':�j������������@��B��$��#�Q���[��W�����������V��"�����������!����������#������$��������/B���[�������

�����[� |�� ��� ¬� |����[� ��� �� `�FF*j�� ��� ����� ���V�B� ���� ���!����C������ ��#����� �$��������/B�E:[���������:�

�#�����[L�[�{�[���[�<���#"���[L�[�X���"��[����|�[L#����&�[�|��_��¬����B[�������`�FF�j���#����� �V��#���� �$� ���� <��+������� ��/�� ����� ���� �$�����L����B� �����#���~���� �� ���� �������<���\�����"���B[�\��!�B���[�\���B���"��E[���N�F��F�'U�FF�\FFF��E�

Y����[�^����¬���&��[�_��Y��`�'*�j���������������"!��������������������������"��"��������!�������������<������/�����`Ej[�:���:*:�

Y��/����[�Y���[�|����[�L��Y�[��/��[�+��¬������[�L��+��`�'*Fj�����#�������$�"����transfer in geochemical processes involving aqueous solutions. Geochimica et ��"���"���+�����E[���'��'��

Y����[����¬�|�����[�<��_��̀ �'''j��+@�/����"�������$��"�������������!��$�����������#������B�������"������������� �������:�[��F����F�*�

Y�����[� ��� +�� `�FF�j�� L��� ����"��B��"��� �$� ������������ ���� ����#��N� +� ��V����$� ���� ����� !����� ��/��"�� <�����#�/���� ���� <�������� L����������� +� �E[��*�'��*�'�

�����&B[�^�����¬� �B$���[}��_�[����`�':�j��YB�������"������!����C������$�!������������� �������������#��N�_W!��"������ �V���/�������$�"������/B�����"��������"�������"���B��\����"��������"���"���+�����F[����*���*:�

�������[���}�[����&���[�_��Y��¬�Y��/����[�Y����`�''�j�� ���L'�N�+���$������!��&�/��for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, ��#��#���!����[��������������$��"����FFF�@��������F��FFF�;���"!#���������\�����������:[�:''�'E*�

X�����[�Y�[L�&���#��[� ��¬� ���[L��̀ �':�j�� ��@��B��$�!����������������������� ��B���"��<�����#"�^�!�������[���'��:F�

Page 81: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

73

References

X���"��[���[�X&���[�_�[�<����[�^�� ���¬�����B[�{�� �� �� `�FFE�j���^��{�/��F'�����������"������!������������/�����<��+���������/��$��"��E;������;������^_ ���#������F[��E��F�

X���"��[����|�[�X&���[�_�[�<����[�̂ ����[��������̀ �FFE@j��_W!�������B����������N���������/���$�����������^����/����/��"����������!����[��F'������/�� �����[�L©N�������Drilling Program, 75 pp.

X���"��[����|�[�X&���[�_�[�<����[�̂ ����[��������̀ �FFE�j��{�/��F'��#""��B����N���������/���$�����������^����/����/��"����������!����[��F'������/�� �����[�L©N�������Drilling Program, 139 pp.

X���"��[����|�[�X&���[�_�[�<����[�̂ �����¬�����B[� �� ��̀ �FF*j��{�/��F'��#""��BN�!����������� �� �F�&"����&� ����#��V�� @�#����B� ��B��� @������� ���� <��+������� ��/�[��E;���;�����N�X���"��[����|�[�X&���[�_��¬�<����[�^�����`����j���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[��F'������/�� �����[�L©N�������^����/����/��"[�!!�������

X����B[�^�� ��`�''*j����#���V��#������������!�����/���V���"��������N�X�����[����+�[������[�<�[�<����[�^�����¬�_�����[�^��`����j���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[����������/�� �����N�������^����/����/��"[�!!���''�E���

X����B[� ^�� �� ¬� �����\����[� \�� {�� `�FF�j�� �������� ����� �$� �������� �� �#@"�����!�#�������V���"����N���/����$��"����@�������!������%#�����#��������B�����\����"��������"���"���+������[��������E��

X����B[� ^�� �[� X�����[� ���+�[� |���&"��[� ^�� X�[� �����\����[� \�� {�[� |#����Q���[� ^��+�[�{���B[�<��^�[������[�_����[� �����&[�<����[����[�X��X�[�{�@��[�\��L�[��VCC/��[����¬�����B[�+�� ��̀ �FF�j��+���$$��W���B�������"���V����Q�������������<��+���������/������F;������#���E��[���*���:�

X����B[� ^�� �[� X�����[� ��� +�[� �����\����[� \�� {�[� ��� ���� `�FF�j�� +� ���!������������������B���"N�L���{�����B�YB�������"��������� �������F*[��E�:��E�E�

X����B[� X�� X�� `�'E'j�� ����@#����� ��� ���� ����� ��� ����������� "�����#�/B[� ©[� �/��temperatures heat-content, heat capacity, and entropy data for inorganic compounds. US Bureau of Mines Bulletin 476.

X��"�[����`�':'j��+�����"��B��"����#�B��������!B����!B��������"�/�������������B���"�����FF��FF�;����� ����V����� ��� ���� $#/���BU��������������#�������$�aqueous H2 ��\����"��������"���"���+������[���E�������

X��"�[����¬� �&�[�Y��`�':Ej���#/���B�����������������������!��$���#����B���/�����������������V�������"!����#�������!����#����_�����������������B� ������{��������*[�*'�:��

X��&�C�[�+��¬� #/�&[�+��`�FFEj��L���!��������������@���������4.5�4.5S8������9S8 �� ���� �B���"� ������� � ��� ��"!����#���� $��"� EFF;� ��� ��FF� ;�� �������<������/���E�[��*�E��

X�#V�[���[�Y#�"�[�<��¬��#��������[�§��̀ �'�'j��+����#������@���������/#���$�!�����������

Page 82: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

74

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

+"������<������/���EE[�:'*�'FF�{�����[������� `�':�j��L���@���V�#���$� ����#!!���"�������#�Q�����"!�������#��/� ����

��!���������������$�®��!�����B!��!��������������#��������@B�����|���|�#�����`���������<������j�����������`��#������ !��j�#����"�Q��@������L�����"�&��<������/�����#��������/��!������<����#�/����E[��:���F'�

{�����[� ��� ��� `�':'j�� <������/B� ���� ���"���B� �$� #������ �#�Q���� �� ���/����type spinel peridotite bodies from Ariege (northeastern Pyrenees, France). ����@#���������<������/B������������/B��F�[������E��

<�����"[�L��<��¬�|���[}��̀ �FF:j��L���"��B��"�����������������B���/���/����������#��/����!����C������$�#����"�Q�����&���\����"��������"���"���+������N�F��F��U��/����FF:��F�F���

<�����"[L�<��¬� ������[���� ��`�FF�j��+���������"�����$�����!��������$������#������$������V����2 to hydrocarbons during serpentinization of olivine. Geochimica et ��"���"���+������[��*�'��**:�

<�����"[� L�� <�� ¬� ������[� ��� �� `�FF�j�� ��@��� ����!�� ��"!������ �$� ��/����compounds produced by abiotic synthesis under hydrothermal conditions. Earth ������������B� ������{��������E�[�*E�:E�

<����[� ^�� ��� `�FF*j�� #�Q��� "�����C����� ��� ��� ���:[� <��+������� ��/�[� ������^����/����/��"�{�/��F'����N�X���"��[����|�[�X&���[�_��¬�<����[�^�����`����j���������/�� �$� ���� ������ ^����/� ���/��"�� ����Q�� ���#���[� �F'�� ����/�� �����[�L©N�������^����/����/��"[��:�!!�

<���[� X�� �� `�'*Ej�� L���"��B��"�� ^���� $��� ����/���� #�!����[� �������� ����L���#������{�����N�|#����������

��#"�V[� \�� |�[� �BC���&�[� |�� ��� ¬� X����&�V�&B[� ��� {�� `�'*Ej�� Y���@��&� �$�L���"��B��"��̂ �����̀ <�����N�+��"C���[��'*��j� !��/Q���[��+N�� ���������Technical Information Service.

����[���¬� ���/��[�\��`�':�j��YB���/���/���������$��"�"��������#�������&�����"����_�����������������B� ������{���������[�������F�

��&��[�_��Y��`�'�'j��L������#��������$����V����&����������������!���������&��$�����_�������L�����!���$��#�@������V������������<������/����[��F*���'�

��|���[� ^�[� �����[� <�[� _����B[� ^�� ¬� ������/[� ��� }�� `�'':j�� ��� ��#� Q�������� ����!���"���B� "����#���� ����B��� �$� "���@��� @�"���� $��"� ���� ���@����B�������"���!�#"�������;������������<��+���������/���_�����������������B� ������{���������*[���������

�������[����{��¬�����[�<��Y��̀ �FFEj��\�����"����"�������$�"�����"���"���#����"�Q���B���"�N� ���!����C����[� ����/�C����[� ���� ���� %���� ���@������ ��"��B�!���!�������\����"��������"���"���+�����:[�����������

�����[� ��� |�� `�':Fj�� ��#��#��� �$� ���C��������� `�3S2j��+���� �B������/��!���� ��|[���*'���:F�

��#��&[�Y�[�|���[}�[�\�����[�<�[�^��Y��/�� �����<�[� #��[�\��¬�Y��V�B[� ��� `�FF�j��

Page 83: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

75

References

\�����"���B� �$� �@B����� !��������� `<��+������� ��/�[� ��;�F��[� �^�� {�/��F'j�� "!�������� $��� %#�����&� ���������� �� ����� �!�����/� ��V���"��������"����\����/B���E[��*'���F�

����&#����&[�\�[�{���B[�<��^�[�X����B[�^�� ��¬������[�_�����`�FF�j��{�����"!����#���V�������!���#������������{�����B��B�������"���Q���[��V������$��"����B���/������@�������!��/������"�"��������"����\����/B���'[������E��

����"��[����¬�������[���L��`�'*�j����Q��"�����$� �������#��#����$��9S8���������<������/�����[�*��*:�

��@�[����+��¬�Y�"�/��B[�|�� �� `�''�j��L���"��B��"��!��!�������$�"�����������related substances at 298.15 K and 1 bar (105 Pascals) pressure and at higher temperatures. US Geological Survey Bulletin 2131.

����[� ��� +�[� }���$��&[� {�� ¬� |�����"[� X�� `�':*j�� ��!����C��� #����"�Q��� �����B�������"��� ���V�B� ��� ���� <��+������� ��/�� ������ ����� ��;��� ��#����� �$�\��!�B��������������'�[��E�*��E�*�

������V��[�L��`�'�Ej��+�����"��B��"����#�B��$����[���@����������&����#�Q�������#������$�������������� ����������#����*�[��*��*�

������[�������<��¬� ����&�[�+��̀ �FFEj���"!�������$�������!������"�������\�����"���B[�\��!�B���[�\���B���"���[��F�FFE[���N�F��F�'U�'F�FF�\FFF�'*�

��"��[� X�[� X������&B[� +�[� \��@�� ��=�@��/[� ^�[� ��� ��V����[� {�� <�� ¬� �$���[���� `�FF*j�� \�����"���B� �$� �B�������"��� %#��� $��"� ���� #����"�Q���������{�/�����V��B�������"���Q���[���;���������<��+���������/�����"!�����������!������V���/��������"����\����/B��E�[�����

�B$���[}��_��¬�^@@��[}��_�����`�':Fj�� ��������!����������������������FF�;������FF� @���N� "!�������� $��� ���� ��/�� �$� ������� ���!��������� \����"��� �����"���"���+����EE[��F'�����

�B$���[�}��_��¬�^�/[�X��`�''�j����������#�@������#@���%�����B�������"����B���"�N�����V����$�����������$�����W[���"!����#��[�!Y����������V���������������"���B��$� ���� �!��/� %#��� ��� "�������� ��/���� ��N� Y#"!���[� �� _�[� ~����@��/[� ���+�[�<#�����#W[�{�� ��¬�L��"���[����_��`����j� ��%����YB�������"��� B���"�N���B����[� ��"���� |���/���� ���� \����/���� ������������� \��!�B�����<���/��!�[�+"������\��!�B����������'�[��E:��*��

�B$���[�}��_�[���[���#���#&��[�̂ �����¬�+����[�̂ ��_��̀ �FFEj�������"�Q�����������B�������"����B���"�����"����������/��N����"��������!�B�����������������!Y[�����W��������@������#�����������������N�\��"��[�����[�{�[����¬�������[�{��<��`����j�<����������/��N�YB�������"���������������|�����������{����!�����������������E:[�+"������\��!�B���������N�\��!�B�����<���/��!����*��:E�

�B$���[}��_�[���[���#���#&��[�^�����¬���[����`�FF*j������W��V��#��������"���������$����#��/� ���!����C����N�+�� �W!��"������ ���� ����������� ��#�B� ��� �FF� ;[� �FF�@������� "!��������$���#����"�Q����������B�������"����B���"�����"����������/����\����"��������"���"���+����*�[��:*���::��

Page 84: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

76

2. Fe�Ni�Co�O�S phase relations

�B���[�<�[�{�����[������[�^�&[�Y�����|��¬�^��#�[�<��`�FF*j�����V��V��"����!����������reactions in ultra-depleted refractory harzburgites at the Mid-Atlantic Ridge ��;�F���� �^�� Y���� ��*E+�� ����@#����� ��� <������/B� ���� �������/B� ���[��F����'�

�/�[§��`�':*j��|���V����$����[���&��[���@���������#�$#���#��/����!����C����[�������$������� ��� ���� Y�B������ #����"�Q�� ���&�� �$� ���� X�"���� "��/� ������[����������������!�����������<������/�����[�������E�

���![����Y�[�<�@�"[�+�[����&����[�L�[����"��[����\��¬�|��[�^��X��`�FFEj��Y2-rich %#���$��"����!����C����N�/�����"��������@����"!�����������������/���$�������������+����"B��$� ��������$������ +��F�[���:�:���:���

"B��[�������¬�<���"�&[�L����`�''�j���B������/��!��������$���"����������N�<��������B���� ���� �B������/��!�B�� �� Y���@��&� �$� ��B����� ���������� }����/���[�^N�+"������\��!�B���������[�!!�����*�

���[����_��¬�^�&[�Y�����|��`�''�j�����V��V��"�/���#"������@B�"�������������/��$�!���������\����"��������"���"���+�����'[�E��'�E����

Stølen, S., Fjellvåg, H., Grønvold, F., Seim, H. & Westrum, E. F. (1994). Phase stability �������#��#����!��!�������$��7S6������9S8N�Y������!���B���������"��B��"��!��!�������$��7S6������"!����#����$��"���X����'*F�X������$��9S8 from 5 K to �*��X����#������$���"����L���"��B��"�����[�':*��FFF�

�#����[�����[�+@������[�L��+�[� ��[� [�<#������&[� ���|��¬�<#�����@����[�X�� `�':'j�� ��!����C������$�����+�����<���$[�~�"@������!�����[����!!������B���/������� �WB/��� ����!�� /�����"���B�� ��N� �!������� ���� �#����� \������ �� �������!!�����+"������"N�_���V��[�!!���F���F*�

Thayer,T. P. (1966). Serpentinization considered as a constant-volume metasomatic !��������+"������<������/�����[��:��*�F�

Thompson, G. & Melson, W. G. (1970). Boron contents of serpentinites and metabasalts �� �������������#��N� �"!�������� $��� ����@������B���� �� ������������_�����������������B� ������{�������:[�������

L#����&�[�|��_�[�{�[����¬�X������&[�<����`�'':j��<�/�"#����������"#��������#��#�����Q��/��������"���"��!����������"!��W����������<��+���������/������#������$�\��!�B���������������F�[�':�*�':���

}��C��[� {�� ��� ¬� ���&[� _�� {�� `�FFFj�� ^���/#���/� #����"�Q��� $��"� @��������������#@"������B�������"����B���"��@B���"!���/�����#������V����%#����"!����������#������$�\��!�B���������������F�[�:��'�:�EF�

}����B[�L�����`�''�j��_��U�[�+���$������!��&�/��$���/�����"����"�����/��$���#��#���B���"�N����&�/���V��V�������������������/#���`V������*�Fj��{V��"���[�+N�{��������{V��"������������{�@������B�

}����B[� L�� ��� ¬� ��V������[� �� ��� `�FFEj�� �#��Q������ �$� ����"��B��"�� ����� $���/�����"���� "�����/� �$� "������������ ����������� �� ��#��� �B���"��� ��N� � �

Page 85: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

77

References

^�!���"�����$�_���/B�`���j�_���/B��|������� +���"!��B[�{{�§#�&�V�[����<�[� ���"�&�B�[�<����[�^�B�B�&[�|��+��¬�^���[����+��`�':�j��YB���/���

����"���������/��������B��$$���������!�������B!���$��"� �&������������X��B�&�<�#�������^�&���B�+&���"���#&� �����[�E�F�E���

Page 86: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

78

3.1. Introduction

� ��!����C������$�����������������!�����"��������������!�����!������[�!��-��#����B������/�U�����$��"��������������$�������!�����/���/��[������/�Q��������-sequences for rheology, chemistry, and microbial habitability of the oceanic lithosphere `��/�[������[��''���������������[��''���_��������������[��''*�������\�����������[��FFE��Iyer et al., 2008). Besides its geophysical and biological peculiarities, distinct chemi-

Iron Partitioning and Hydrogen Generation During ���������!������ ��� */������ ������������ ����� %$0�� ���the Mid-Atlantic Ridge

Abstract Serpentinization of peridotites generates large amounts of aqueous dihy-drogen (H2[��j[���������@B�����!���������$��]�������B�������#�Q���[���/�[�����#�������!�����������^�B���/�����!���#�������������������������������!�������������W�C���ferrous iron in olivine to ferric iron in secondary magnetite and serpentine. Poorly under-stood is the partitioning of iron and its oxidation state in serpentine although they impose an important control in dihydrogen production. We present results of detailed petrograph-ic, mineral chemical, magnetic, and Mößbauer analyses of partially to fully serpentinized !���������$��"�����������^����/����/��"�`�^�j�{�/��F'[�<��+���������/��`<+�j���;��������L��������#��������#��������������������$�����$������#��/����!����C���������������"!���������!�������#�@��������������������!�������������������������!����models. In samples from Hole 1274A, mesh-rims reveal a distinct zoning from brucite �����������$��������!�"��B���V��[�$��������@B���C�����$����!��������@�#������"�/-����������Q����B����!��������"�/�������������#���"����"�����"��L�����"!�������$�����W���/����!������`</��'�j�����@�#����`</��:Fj�����"���������������"������"!����$��"��������E*�"������@��������%����`"@�$j��+@�#���F�����F����$��������������!�����Ubrucite mesh-rims is trivalent, irrespective of subbasement depth and primary lithology (harzburgite vs. dunite). Model calculations suggest that both partitioning and oxidation �������$�������V��B������V�������"!����#�������������������&�������#��/����!����C�-tion. Serpentine and brucite from Hole 1274A may have formed at temperatures ranging $��"�±���F������F�;�����@#�&�������������&�������`�U�j�$��"�±�F���������+���#���"#�����V��$��"����#��/�"������/�����!����C����������"!����#����@��������FF�]���F�;������U��±��[�������B���/���$#/����������"�W"����+����"!����#�����@�V����F�;�����dissolution of olivine and coeval formation of serpentine, magnetite and dihydrogen de-pends on the availability of an external silica source. At these temperatures the extent of ��V������!����C���������#$Q��������!���#���"#����B���/��[���������������������������#��/����#/�����$��"�����#����+��L�±���F�;[��B���/���/�����������$���������by the formation of brucite, as dissolution of olivine to form serpentine, magnetite and brucite requires no addition of silica. The establishment of the common brucite rims is �������#���������������������������V���£�@�#����£����!��������@�#���[������%�����metastable olivine-brucite equilibria developing in the strong gradient in silica activity @����������������!B��W����`��������!�����j�������V���`���!������@�#���j�

Page 87: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

79

3.1. Introduction

����$���#����"��&��������������B�������"����B���"���_W�����/�B��������������������$���#��#������[�!Y����/�/�$��"���`����/����"!����#���j�������`���������"!����#���j[������B���/��������������������������@�V���������@��B� �"���$�������"�&���������B���"�������$� ����"�����W���"����V���"��������_����� `�����#�������[��FF���^�#V����������[��FF���_V���[��FF:������������|����[��FF*��X����B�������[��FF���X��������|���[��FF'��<�����"�����|���[��FF'�� ��"���������[��FF*�� ���!�������[��FFEj��L��������/�B����#�-ing conditions found in continental and abyssal serpentinization settings, indicated by the !���������$����V��"�����U����B��`��/�[���"@������������[��'����_�&������[��'*��������[��':���X��������|���[��FF'����&��[��'�'j[���V���!��#����������W�������$�$����#������in primary minerals (e.g., olivine) of the protolith to ferric iron in secondary phases, ���[�"�/�������������!������"������[�@B�������� ��!����C�����������������B���������incorporation of iron in serpentine and magnetite, but also formation of iron-bearing bru-����`|����������[��FF���^�+����������X��������[��FFE��_V��������L��""����$$[��'*���<���B[��'*��� �B$����������[��FF*j��+����"�������$�$���[����/����"�#�����$�$����#������-corporated into serpentine and brucite lead to less hydrogen production. The conjunction of high concentrations of H2[��������������������������$���#��#�������` �2,aq) has @�������#"������@B�����B�����$�V����%#����"�����/�$��"��/����"!����#������%�����B�������"����B���"�[����������#���#@����B�@�������������#�����B�/�#����"�Q�����&�[���/�[�����������@���`^�#V����������[��FF�j�����{�/�����V�` ��"���������[��FF*j��B���-����"���Q������������<��+���������/��`<+�j��+����#/�� �2[��������$��"�����{�����B��B�������"���Q����`<+�[����&"��$$��W�j���V������@������!������������������#��[����������������������#/������@���W���"��B����[�@#$$�����@B�!�������#�@����������B���"�MgO–FeO–SiO2–H2O (e.g., Frost and Beard, 2007). In addition, experimental and theo-���������#�������Q�"�����������#������@����������� �2,aq and high H2,aq concentra-������#��/����!����C�����`+��������� �B$���[��FF���|������������[��''�j������������Beard (2007) discussed the effect of silica activity (aSiO2) on magnetite formation and underscored that the presence and distribution of brucite is critical for the interpretation �$����!����C�����!����������+����#/�������������@#����@����������!�����[�"�/������and brucite is of importance for quantifying hydrogen production during serpentinization, ���B� �������������������@����!��� ��� ����"���������"���B��$�@�#��������W���/�����serpentine and magnetite in abyssal serpentinites. The paucity of published brucite analy-����$��"��@B��������!����������"!��������"!�������$�!������������������B�������-"����W!��"�����������������!����"�������������#������"!�����_V��������L��""����$$�(1972) retrieved from a data compilation of brucite-serpentine assemblages in alpine ser-!����������"�������</�����@#�������$Q�����¯XD�¤�`©FeU©Mgj �!¿`©MgU©Fe)Brc] of F����|�#������"!������"����$�������������W!������$��"���������@#�������$Q��������������#���""���`Y���������������[��'������/�[��'�*j��<���B�`�'*�j�����#���������W-perimental study of serpentinization and reported Fe contents in brucite as high as 18 "�����[�����!�������#������V�������������@�������������������������@�#������������amount of magnetite produced. Along those lines, Bach et al. (2006) suggested that mag-

Page 88: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

80

������$��"��$��"�@���&������$��������@�#�����Y���V��[����B�"����B��$������@�#����compositions from linear extrapolation of serpentine-brucite mixed analyses in abyssal ���!��������`������^����/����/��"[��^�[�{�/��F'j���#���@�#��������������������-�����#!�����'�"������������!������@B�̂ �+����������X���������̀ �FFEj�$��"����!������������������V�����$��"����� �#�����"����� ��"�#���������<������$�������`�^��{�/�195). Obviously, there is a need for more detailed and systematic analyses of co-existing serpentine-brucite pairs in abyssal serpentinites to further our understanding of hydrogen production during serpentinization.� L�����""#�������!��V����������/������������$��"������$����!����������-rived from detailed petrographic and mineral chemical investigations of partly to fully ���!����C���!���������$��"�������^����/����/��"�{�/��F'�`<+����;������j��}����&� ������ ��/���� ��� !����������������� �������� !���� "������ ���� !����� !������/����considerations of the system SiO2�</��������2O3�Y2O. The use of geochemical modeling codes facilitates, at least to a certain extent, the reconstruction of simultaneous-�B�����/�/�������/����#��!�������#�@����$�!����������������������������L�����#�B�$��#��������������@#����@����������!�����[�@�#��������"�/�������������"!��������$����B���/���!���#������#��/����!����C���������������[�����V��#������!����������$�%#�����&���������!��������!����������"!�������������"!�����#�����#���������$��-"�����!��V����@B��W!��"����������Q�����V���/������

3.2. Analytical methods

3.2.1. Microscopy and electron microprobe analysis

� <������!B��������������"���!��@������B����`_<�+j�]�L�����������������!�-����B��V���/������������"�����������%�������/���#��/���{����^<��©��Y����"-"������"������!���<��������"!����������������BC���������®�_�{� #!��!��@���©+�:'FF�������������"���!��@����� ������V����B��$�X��� `\��"��Bj[� ��#!!�������QV����V����/�����!���V���!�����"�������<����������������BC��������������������/�V���-�/���$��F�&��$�����@��"��#�������$��������F��+�������$#��B�$��#������¹"�@��"���"������|�����B��������������#����"���������������������#�����������������������������#��/������L~+��"�������$�+�"�����/�`�''�j��<�������������"����"�!!�/������@��&����-���������������`| _j�"�/����$����!������"�����������#���������"!��"����!����/��!���observations.

Page 89: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3.2. Analytical methods

81

3.2.2. Mößbauer spectroscopy and magnetization measurements

To quantify the amount of magnetite present and the distribution, coordination and oxidation state of iron in mesh-rims of partially to fully serpentinized peridotites, <=>@�#��� �!��������!�� ���� "�/����� �V���/������ ����� ������� ��� ���� �����#��� $������&�<�/����"�̀ ��<j[���V����B��$�<�������[�� +��<�����"����"!���������"������������$� ��������� ��"!���� $��"�Y������*E+��<=>@�#��� �!��������!B����� ����#��������������V������������������������������!�����"������!��������������"�����/��"�-��B��������*�U�����#�����YB!��Q���!���"�������#������"�/������B!��Q���Q����̀ |Y�j[���"�����$��`� j������#���#!�����!����/�`� j���V��@���������"����@B��������<� �!��/��"�`|����[��':*j[����� ����������"���"!����#�������#����������@�������"�����$�������V�����B�����������"���"!����#����B�����������!��������@����������V@����/���"-!���"�/����"�����`� <j�#��/�����������"�/�������!���#���Q�����#!������L�� <�/�������@#����������������"�����B�����������!�����B����#��/������������<���#��"�������!�������V@����/� ��"!���"�/����"�������� ���"� ��"!����#����{�����"!����#���"�/���C������#�V��������!��$��"���������""������ ���^�"�/����"-�����`�#���#"�^��/�[� ���^�/�[�+[�� +À<�< �©{��^����������@������@B�Q���������/�������"!���$��"����"���"!����#���������!!����Q�����$�����L�`��!������j�����������������"!����#���`�F�Xj[����������V��������$���"������"�/���C���������"���#�������� �������/� ��"!����#���#!� ����FF�X��L��� ��"!���������������/��� ��� ���� ���������"!����#�������#����B��!!����Q��������������!!����������L�Q����`~��!������j��L������#��������"������"�/���C���������"���#���������������/���"!����#���#!�����FF�X�

3.2.3. Geochemical modeling � ���#��������$���#�@�#"�����������$��������#�����$�"������[������������$���#��#���!�������������W���������������"������������ ���L'����$�������������������@����`��������������[��''�j��L��� ���L'������@�������#��������"��B��"�������$��"�Y��/������������`�'*:j�����}����B�������V�������`�FFEj�$���"������[����� ���&�����Y��/�����`�'::j[� ���&��������`�':'���''*j�����}����B�������V�������`�FFEj�$��������V������/������#��#���!�������#������"��Q����������#���������������$�����"�-�B��"�������$����� �E-[�</ �E�$��"�<�����"�`�FFFj[���#��#��+����"!��W���$��"�Tagirov and Schott (2001), greenalite [Fe3Si2O5(OH)4], minnesotaite [Fe3Si4O10(OH)2] and ferroan brucite [Fe(OH)2°�$��"�<�����"�����|����`�FF'j�����#"�����������$�$��-�����@�#����̀ �;�¤����E���"3 mol-1j��������&���$��"�}����B�������V�������̀ �FFEj�����������$��"�<�����"�����|����`�FF'j���$�������"�&����`�F����"3 mol-1j[������������the pure Fe-endmember of the brucite solid solution. As experimentally derived ther-modynamic data of Fe+3-serpentine [Fe2Si2O5(OH)4°����������V���@����������#����������

Page 90: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

82

���������\@@��$��������/B��$�$��"�����̀ ¢\°f j�$������/�����!��B��������#"��!!�������$����"�&������"�����`�':'j�� "����B[��;���������#������$��"�!��B������������/V���in Holland (1989). In these computations, hydroxide and oxide bonding of metals in the !��B�������������������"����������������������#�����$����Y������!���B������$#�������$���"!����#����������"������������/������#"����X�!!����#���$��������������

(1) Fe2Si2O5(OH)4 + 3Mg(OH)2�¤�</3Si2O5(OH)4 + 2Fe(OH)3.� ![Fe+3-serpentine ¤�![chrysotile���![Fe(OH)3

�]��![brucite

Y������!���B�������$�@�#�����������B�������������&���$��"�Y��/������������`�'*:j�����those of Fe(OH)3��������&���$��"��� L�`����[��'':j��L������������"����������������-tropy (S°) of Fe+3����!�������������"�����#��/�����������/#��"��������/����"��`Y��-/�����������[��'*:�������"�����Y��/����[��''Ej�$���������������`��j��L���"��B��"��data of Fe+3-serpentine are summarized in Table 1.L���"��B��"����������!����"�����/���������#�����#��/�������"!#���������_��U�[�V������:�F�`}����B[��''�����''�@j��������#���"C�������"��B��"������@��������"-@����#��/� ���L'��`��������������[��''�j��L���_��U������@��������������/�X�V��#���$��������������!����#����$��F�<���������"!����#����$��"�F����EFF�;������;�����"���������� ���� ����#�������$� ���V�B� ���$Q������ �$� �����V��� ���/���� �!����� ��� #���� ����|�������#���������������������"����[�����|���������^�@B��Y��&���!���"�����$��"�}����B�������V�������`�FFEj��+��V�B����$Q�������������#"������@��#��B�$�����#������!����[��W��!��$�������!�����/����#���!����[�$���������������V�B����$Q�������$��2 `^�#""���[��':�j��������/�����_���!�������B�����������B�$��������"����#��������"W-�/�� �������#��������#������������������!����"���������#������!������`�������/��������"�"@���N����B�����[�/��������[�&������[���+3-serpentine), brucite (Mg-brucite, Fe-brucite), talc (talc, minnesotaite), orthopyroxene (enstatite, ferrosilite), clinopyrox-ene (diopside, hedenbergite), chlorite (clinochlore, daphnite) and tremolite (tremolite, Fe-actinolite). Serpentine in abyssal serpentinites is in most cases chrysotile or lizardite.

Table 1. Calculated thermodynamic data of Fe+3-serpentine

Mineral Cp° a b x 103 c x 10-5 V° S°

MgO* 9.03 10.18 1.74 -1.48 11.25 6.44Fe

2O

3* 25.04 23.49 18.60 -3.55 30.27 20.94

Mg3Si

2O

5(OH)

4* 52.90 75.82 31.60 -17.58 108.50 52.90

Fe2Si

2O

5(OH)

4‡ 50.85 68.77 44.98 -16.69 105.03 54.52

Polyhedral unit gFe

2O

3† -185.49 Fe

2Si

2O

5(OH)

4§ G°f -708.36

SiO2† -204.10

H2O† -57.34

*Helgeson et al. (1978); †Chermak and Rimstidt (1989); ‡Fe2Si

2O

5(OH)

4 = Mg

3Si

2O

5(OH)

4 + Fe

2O

3 - 3MgO; §Fe

2Si

2O

5(OH)

4 = Fe

2O

3

+ 2SiO2 + 2H

2O; Cp° = heat capacity (cal mol-1K-1'%����������������� <������������%�������3 mol-1); S° (cal mol-1 K-1); g

(kcal mol-1); G°f (kcal mol-1)

Page 91: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

83

2.3. Analytical methods

Antigorite is common in alpine-type serpentinites but rarely found in abyssal serpen-�������+��������@B�_V����`�FFEj���������������|�����`�FF*j������$$��������@�����������"��B��"��!��!�������$����B�����������C������������V������������$�������������chrysotile to represent the Mg-endmember of serpentine (cf. Wilson et al., 2006). To ac-��#���$���+�������!�����[��������������&�������¯+�2Si2O5(OH)4] instead of amesite (Mg2Al2SiO5(OH)4j� �� ������������#����"����[�@���#���_�����!�������B�������!�@���������/����������"W�/�������$�����������#�����|��������V��[�������"!�������$����������QW������</��'F����������C@#�/���"������`�$��<�����"�����|���[��FF'j[�������������������#���������������������V��B�$����B��V����������������"!�����������/���L������#���$���"������@�����#�@��[�����#!!����������/����[�������[�����"��[�"���-������[�"�/�����[����/����[��B���WB���!�C[��#����[�������[�/����#���[� ��������������<����V��[��������#������$��#�$�����������@���@B���B���/��������#!!�������� ����������������#�����������@����`!�¤��F�<��j���������!����"�������$������B!����LB!������"���������������#������$�����"!����#����$��"�������EFF�;������������������&�������U��������$������L�����������B!���$�"��������������#������$���V���@����U��������

$��"�V��#���B�Á������F�����������������"-peratures of 150, 200, 250, 300 and 350 ;�

$����%�� ����������� "&��� ' ����� # – Although serpentinization is temperature-dependent, as mineral stabilities and com-!�������V��B� �����/�B����� ��"!����#��[�temperature gradients appear to be mini-mal in deep crustal levels and a change of temperature can thus be ruled out as the driving force for serpentinization. The ad-V����/���$���"!#�������������"!����#���as the only variable in a reaction path is the ease of examining the temperature de-pendence of heterogeneous phase equilib-���$��������&���"!�������$��������L���compositions selected in this study are (1) �#���� `�FF� �� ��V��[� </�� 'Fj� ���� `�j����C@#�/���`��N�!WN!W�¤�:FN��N����V�����������L�@�����$���"��������"!������j�

Each computation consists of several ���!�N�+������@�/���/��$������_��U�����-�#�����[�_�������#��������!��������&/��$����������`����L�@�����$��������������"-!�����j�������;��}�����������"������B�

Table 2. Mineral composition used as starting materials in reaction path models

Ol Opx CpxAtomsSi 1.00 1.98 1.99Al 0.04 0.03Fe 0.20 0.19 0.09Mg 1.80 1.75 0.89Ca 0.04 1.01O 4.00 6.00 6.00Mg# 90 90 91

Table 3.������ �\������������-��������������� ������ ���'

Na+ 464.Cl- 546.HCO

3- 2.34

Ca2+ 10.2��2+ 53.K+ 9.8SiO

2,aq 0.11

}2+ 0.0000015Al3+ 0.000037SO

42- 28.2

O2,aq 0.25

�^ 7.8

Page 92: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

84

�������� ���� ��"!����#����$� �����B���"� ���EFF�;[� ������#����/� ������#�@�#"�����-@#�����$�"�����������%#���!���������������"!����#��������$$���[� ���������"����������#�@�#"���"!��������$�"�����������%#��$�������@#�&��B���"������$#�������$���"-!����#���� ����������������#"����#��/�������������!�"��B����B���#��"����������$��"���������B��B���#��"������[������$$���V���U����V�����$��"�#��B���������#�@�#"�����"@��/�[�$��"�F�*����������"!����#���������F�����/����"!����#����$����%��()������"&���*����� # – These models emulate the entrainment of heated �������������$�����!�������������QW�����"!����#�������!����#������������"������B!����������#�����#����`��V�������</��'Fj����������������C@#�/����������������/�"����-�����+V���/���U�����������B�������"����B���"������@���V�������!!��W"����#��B���#��"���������#�����"#������/������/���$��U������������"#�����!�������#�@���$��"�V��#-ally incipient to complete serpentinization. It must be borne in mind that at the incipient ���/���$����!����C����������U�����Q����"���B���������������B��������������������������������/����$�������������/�%#����L������V�B����$Q����������#������@B�����|�����equation are unreliable above ionic strengths > 3 molal. For this reason, all reaction paths ��������"����������U��Ã�F���� L���!�����#���$���������"�����������$������N�}���!��������&/��$����������������;�#��/�_������}��������!�&�#!�������!����������������#��/�_��������������������������"�����"�#����$�!���������#��/������/�����������/��������"!����#���`��F[��FF[���F[��FF�������F�;j��L������������$�����������������"�����"�#����$�!�������������������"#����������/���U������������������������/��C����@�$����������������������B����������!������"������!���������L������%#�[������W������!�����������"��������"�����#�-�����Q�����U��������$��!!��W"����B�F��������������L���!�����#����������#������W�"���������#�@�#"�����@#���������@#��������$�"�����������%#���!����������$#�������$�������������&������

Page 93: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

85

3.3. Results

3.3. Results

3.3.1. Petrography

Details about the geological setting and comprehensive description of drill-cores $��"��^��{�/��F'���V��������B�@����!#@������@B��������#������̀ |����������[��FFE��X���-"���������[��FFE����FFE@j��������[�$���������&���$�@��V�B[�������!������������ L�����������V���/������$������������&������������������B��$������������������of primary olivine (~ 0 – 35 vol. %), orthopyroxene (~ 0 – 30 vol. %), clinopyroxene (~ F�]���V�����j��������!����`��F�]���V�����j��L���!�"��B�"�������������������"�����W-plicitly but are similar to those reported in Seyler et al. (2007). Harzburgites and dunites are partially to fully serpentinized (65 – 100 vol. % secondary minerals). Peridotite from Y������*E+�����������V�������B���"����������������������������W������$����!����-C�����`X���"���������[��FFE@j��Y���V��[��V������������������������[������W������$����-!����C��������/��B�V���@�������$#��B���!����������#���������!�"��B�"���������W��to each other. The micro-textures of serpentinized peridotites range from pseudomorphic mesh and hourglass textures after olivine and bastite textures after pyroxene to transi-�������@@�����W�#���[��������!��#��"��!�����������������&�/���W�#�����<������"!����are extensively veined by paragranular and transgranular serpentine veins. Paragranular V����$��"����������"C�/�������&� ��������!�����#���!��!�B��������[��������� �����-/���#����V����������#��!��!�B���������`��Y����B[��''�j���]����#�Q������������B������!����������B����������"�#������������������������!�����$���]�]�]�] �!��������������"�������������������$������X��������|����`�FF'j�� �������$������/�����������$��#���������!����/��!�B��$���������B��B���#����-cates, oxides and hydroxides in pseudomorphic textures and veins. Due to the intimate ����/�������$����!����������@�#���[�������"�������������"���������������/#���@������� ��� �!����� "������!���L�� �V����"�� ���� �$Q�#��B� ��� #���� ��������� "���!��@������B����`_<�+j������$���"����������Q������ � ������������� � ��+���� � ]� ���!������B� ���!����C��� ���&�[�"������W�#����������V���������"��������������� �����¡����!����������@�#����������"�����"������typically found. In samples from Hole 1274A mesh-rims commonly reveal a distinct C���/�$��"��������@�����@�#���������������$����������V��[�$��������@B���C�����$� ����!��������@�#������"�/����������Q����B� �����¡����!����������"�/������ �� ����outermost mesh-rims (see Fig. 1). While the brucite abundance decreases, the amount of magnetite and serpentine increases from center to rim of each individual mesh. Magnetite is dispersed throughout the matrix and it becomes more coarse-grained from center to rim. In many cases mesh-rims are bordered by trains of anhedral to subhedral magnetite

Page 94: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

86

Si Fe

Srp

Brc

vein

OlOl

Brc

OlOl

MgtMgt

Fe-Ni-poor S

rp

Brc

Mgt

)b)a

c) d)

20μm 20μm

)h)gBrc

Ol

Mgt

Fe-poor SrpBrc picrolite vein

Ol

Brc

Srp

0.3 mm 0.2 mm

PAM

Mgt

e) f)

Ol Ol Ol

Ni S

increasing intensity20μm 20μm

Fig. 1. Back-scattered electron images, element distribution maps and photomicrographs of partly serpen-tinized peridotites from Hole 1274A. (a) Transgranular serpentine vein crosscutting pseudomorphic mesh �����������*������������������������������������}��� ����� �<������ �������������contents. White box indicates the area mapped in Figs. 1c–f (sample 1274A-10R1, 3-10 cm). (b) Pseudo-morphic serpentine (Mg# 95) and Fe-rich brucite (Mg# 80) growing after olivine. Magnetite is present in �������������]?'�_���������������� ����������� <��������������������������������������*�Note the rugged interface of olivine and brucite indicating disequilibrium. (sample 1274A-22R1, 24-32 cm). (c–f) Detail from in Fig. 1c (white box). Element maps depict Si, Fe, Ni, and S in mesh-rim. Pure Fe-rich brucite (Mg# 80) is present at the interface with olivine. The proportion of serpentine relative to brucite increases from center to rim. The abundance of magnetite, Ni – Fe alloys, and sulfur-poor Ni–Fe-�� ��������������������������*���'������������������<�������������������� ��������������*�Note brownish brucite along veins (plane polarized light; sample 1274A-10R1, 3-10 cm). (h) Picrolite vein crosscutting mesh texture. Magnetite forms a network tracing former olivine grain boundaries and intra-grain cracks (sample 1274A-6R2, 128-135 cm). (Ol = olivine, Srp = serpentine, Brc = brucite, Mgt = magnetite, PAM = pentlandite + awaruite + magnetite)

Page 95: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

87

3.3. Results

����/�����C������/�/�$��"�������������¹"����"����������F�¹"����&��$���#���!��#��"�����������������������������$����@�������@�#����������V��[�@#��������@#�����������/�����C�����������$��"������������"��#//����/�/����������!��/����V���B��������$���V���`�$��X��������|���[��FF'j�������"�������&��$���#���!��#��"�����������`��j�!���������[�����#����������C����������}��&�B����!����C�����V����!!�������������������/������B��������!���+�����`����±������F�´"j�@�#����C�����#���#������V���`����-$������@B�_<�+j[����������������B�����/�C���@B��!�����"������!B��}����������/��W������$����������[�/����@�#��������$���V���@���"��!��/����V��B���������[�������������&������$�����@�#����C�������������������V���!������������������@����������� ����+������������� – In samples from Hole 1274A relics of orthopyroxene are commonly preserved. It has exsolution lamellae of clinopyroxene parallel to the (100) plane. The pseudomorphic replacement of orthopyroxene, i.e., bastite, is by serpentine ���B�� �������@�#��������"�/������ �� ��V���!�������!B��W���� �� ����� �� ���&�� $��"�Hole 1274A (cf. Seyler et al., 2007) and commonly preserved. Veins�]�������/����V�����������V�����������$����!����������Q���B���!������"�/�����[�@#��@�#������#�������@������Q���#��/��������"������/���"������!���_<�+���V������/���B������� �2 contents at the olivine interface and may point to the presence �$�@�#���[�@#���V�����@��&�������������������"�/��������W��������$�@�#������#�������#���#V�����B�@��V��Q���������� ���� �����/���#���� ���!������V����#�#���B������ �@#�-�����"�/������������&��$���#���!��#��"��������L��������� �����V��B��������/������`Å��F�¹"j���"!��������Q���B���!�������!��#��"�������`Å���¹"j����������V���V�������"����������!��������������/���#����V���[�"�/����������������������"��/��[������¡����!���������������������������V����������� /"�����¡����!������V��������#�#���B���V��� �$� "�/������ ���� ��&��$���#�� !������� ������ ���� �����/���#���� V���� ������#�-��/�"�������!����������/�������B�@�#���@B��������@�����@�#���[����������/"�����V�������&�@�#�����L����������/����������$������/���#�������!������V����`!������j�����composite, laminated isotropic and anisotropic serpentine oriented parallel to both vein @�#��������L��B�������������$�"�/������#�#���B����������V���"��/�����������@��������@B�@����� ���V�/������� �@#������@�#�����}�����!�������V���� ������#��@�����[� ���B�����B�����&�"�/����������@�#����

3.3.2. Mineral compositions

Table A1 reports representative EMPA data for olivine, orthopyroxene, serpen-tine and brucite from ODP Site 1274 (the complete set of analyses is available from the �#������ ��� ���#���j�� �/#���� �� ������ ��#�������</��������@#����@������� ��������B�"������[����[����!����������@�#����`������j����"����!��Q��������#/��!��#��"��!������!������"�����������#���� ��� �V���/���� ����������!���#�����$���V��� �������"��������@#�����"��/����!�����[�@�#��������"�/������`�/��Ej�����/���������"����/����

Page 96: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

88

size of secondary phases, virtually all microprobe analyses represent the composition of mineral mixtures on a submicron scale. ������� ������� �]���V�������</���@�������'F�����'�������������������$�F�F��]�F���������������������������������/��$��"�F��E����F�E������������F�FF����F�F�������[����!���V��B��+�����V���/������������"����B�#�C�����������!B��W��������</��

50

60

70

80

90

100a) b)

50

60

70

80

90

100c) d)

50

60

70

80

90

100e)

Mg#

SiO2 [wt. %]

f)

SiO2 [wt. %]0 10 50403020 0 10 50403020

Mg#

Mg#

Fig. 2. Regression analyses of brucite and serpentine in mesh textures of rocks from Hole 1274A. (a) Sample 1274A-4R1, 104-105cm contains both Fe-rich (Mg# 81) and extremely Fe-rich (Mg# ~ 55) brucite. (b) Sample 1274A-6R2, 128-135 cm contains brucite with a mean Mg# of 79 although some brucite has slightly elevated Mg# of ~ 85. (c) Sample 1274A-10R1, 3-10 cm exhibits a rather uniform brucite composi-tion with Mg# 80. (d) In sample 1274A-17R1, 121-129 cm no pure brucite was detected, however, a rather low Mg# of 72 is indicated. Note the bimodal distribution. (e) Sample 1274A-22R1, 24-32 cm contains brucite with a mean Mg# of 81, however, the whole range is ~ 75 - 85. (f) Sample 1274A-27R2, 5-11 cm contains brucite a mean Mg# of 82 but Mg# is in places 85.

Page 97: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

89

3.3. Results

�$�:��]�'�������������������$�����]�E����������������������@�#����������+�2O3 and 1.0 �������2O3�����!B��W��������!��������`</��'��]�'Ej��������������@�#����������Al2O3. The composition of clinopyroxene exsolution lamellae could not be determined. Brucite – Regression analyses of brucite-serpentine mixtures in mesh-rims reveal </����$�@�#����@�������:������:E�`�����/����������j[��W��!��$�����"!������*E+�E��[��FE��F���"�`</����j�������*E+��*��[�������'��"�`</��*�j��</�����������V���$��"���/���!��������B�����$�@�#����`������ �2�±��������j����������������������������#���[������#/����V�#�������B���������������#���������/�������V��#�����������������$���-V�#�������B�������[�����"�������[������/�B����V�������<���̀ ���������j[����̀ F��������j�and Al2O3�̀ F�'������j��_��V������#�$#����������������̀ /V������ �3 in Table A1) are most �&��B�������������]����#�Q����!�������������@�#����"���W[����������#�����������������

Mg3Si2O5(OH)4

Mg3Si4O10(OH)2

Fe3Si2O5(OH)4

Fe2Si2O5(OH)4

Fe Mg

Mg2FeSiFeO5(OH)4

Si

Mg0.8Fe0.2(OH)2

Mg2.85Fe0.15Si2O5(OH)4

MgFe

Si

+ H2O+ O2

Fig. 3. Fe–Mg–Si ternary plot (molar proportions) projected from H2O similar to that by Wicks and Plant (1979). Tie lines extend to hypothetical serpentine Fe+2 and Fe+3-end-members. Serpentine in mesh-rims contains both Fe+2 and Fe+3 as some analyses plot along lines to Fe+3-serpentine, Fe2Si2O5(OH)4, and green-alite, Fe3Si2O5(OH)4. The presence of Mg-cronstedtite, Mg2FeSiFeO5(OH)4, is not indicated. Most serpen-tine-brucite mixed analyses plot between serpentine (Mg# 95) and brucite (Mg# 80), however, samples 1274A-4R1, 104-105 cm and 1274A-17R1, 121-129 cm trend towards much higher Fe contents.

Page 98: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

90

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

40 30 20 10 0

SiO

2 [w

t. %

]

60

70

80

90

100

Mg#

40 35 30 25 20 15 10 5 0 distance [μm]

70 60 50 40 30 20 10 0 7678808284868890929496

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

SiO

2 [w

t. %

]

30 25 20 15 10 5 0 788082848688909294

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

SiO

2 [w

t. %

]

808284

86

88

90

9294

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

SiO

2 [w

t. %

]

Mg#

Mg#

120 100 80 60 40 20 0 80

82

84

86

88

90

92

94

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

SiO

2 [w

t. %

]

Mg#

Mg#

Mg#

SiO2

SiO2 Mg#

Mg#SiO2

Mg#

SiO2

Mg#

SiO2

Ol

Ol

Ol

Ol

Ol

Brc

Brc

Brc

Brc

Brc

Brc

Srp

Srp

Srp

Brc + Srp Brc + Srp

Brc + Srp

Brc + Srp

Brc + Srp

Brc + Srp

a)

e)

c)

b)

d)

Fig. 4.�"��������J�[>����� ������������������� ������������� �_������������ ���� ����������������������������������� <���������������������������*���'���!=>�="����?=��?#�����(b) 1274A-6R2, 128-135 cm, (c) 1274A-10R1, 3-10 cm, (d) 1274A-22R1, 24-32 cm, (e) 1274A-27R2, 5-11 cm.

Page 99: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

91

3.3. Results

�$��������������@�#���������&��B����@����"������������̀ ��F�F�]�F��������j������������in Table A1. ���������� – The composition of serpentine varies depending on its precursor mineral and textural context. Regression analyses reveal that serpentine in mesh-rims is "����"�/�������������V��[����/�/�$��"�</��'E����'��`�/����������j������������������/�������B�@�����F�����������L���+�2O3�����������"����B�@�����F��������[�@#��"�B�@��#!����F��������[�!���@�B������V���$�"����������������/������������!������������!���V��B�����������������#�$#���������[��#//����/�����!���������$��]����#�Q����������serpentine matrix.� ���#��"��!������!�������$���������!B��W����`@�����j�����</�����/�/�$��"�:�����'�����������/������������$����`±���*������j[�+�2O3�`±����������j[��2O3�`±����������j[�<���`±�F���������j�������������������$����`±�F��������j���"!��������"�������-!������`�/���[�L�@���+�j�� ��!��������������������"�/��������!��������������/���#-����V��������</��@�������'E�����':�������������[����B���������/"�����V�������&�/�"�/�����[��������������</����'����������+�2O3 contents are similar to those of mesh ���!������� ��!��������!��������������/���#����V���������/��]����#�Q������������B�������W���"��B�����������������±�F�F��������

3.3.3. Mößbauer spectroscopy and bulk-magnetization

� <�����"���$�!����B����$#��B����!����C���!����������������!�������@B�"����drilling to investigate Fe+3U����V��#����$����!����������@�#��������������!���������$���"!����������W������$����!����C������|#�&�"�/���C���������B�������������#�����to relate Fe+3U����V��#�������"�/����������������$�"�����"���|#�&�"�/���C���������-yses and thin-section petrography revealed a positive correlation of magnetite content �����W������$����!����C������}�������������V�����!������[�����"�/�����������������/�Q�����B���������"!��������$#��B����!����C������&���������&�B����!����C���!��-

Table 4. Mößbauer spectroscopy and bulk magnetization results of micro-drilled mesh-rims

Mößbauer Titration* Magnetization

% Fe304 Fe+2 Fe+3 Fe+3��} Fe+3��} % Fe304

Sample1274A-6R2, 128-135 cm 0 52 48 0.48 0.45 0.33

1274A-10R1, 3-10 cm 14 27 59 0.68 0.62 0.791274A-15R1, 106-114 cm 23 26 51 0.66 0.68 1.381274A-17R1, 121-129 cm 21 43 36 0.50 0.56 1.201274A-20R1, 121-126 cm 52 17 31 0.66 0.68 2.801274A-22R1, 24-32 cm 0 70 30 0.30 0.57 0.161274A-27R2, 5-11 cm 11 43 46 0.53 0.51 0.791274A-22R1, 24-32 cm‡ 0 66 34 0.34 0.57 0.43* data from Paulick et al. (2006); ‡ micro-drilled bastite

Page 100: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

92

������[�������"�/��������/�������B��!����[�<=>@�#����!��������V��������+3U����V��#���@�������F��F�����F�E:��$��B���#����������B�!������`L�@���Ej����������/�B����$#��B����!��-tinized peridotites hosting abundant magnetite, Fe+3U����V��#�����������������B��/�����������/��$��"�F�������F��:�����������"!���`��*E+�����[��E�����"j��������BC�������@#�&�"�/���C�����������+3U�����$���!�������@�������<�/���C���������B������Q�"��that bastite hosts almost no magnetite. The Mößbauer spectra indicate that about one third �$������������������V�������}�����!������[����#�����$��������"����������������B����`��#-��&�������[��FF�j��$�@#�&����&�!���������������/�����/���"��������<=>@�#������#����$���the mesh-rims.

3.3.4. Geochemical reaction path modeling

Thermodynamic calculations have been used for several decades to examine the ����������$������/�����"���"��!����B��������$�!���������`��/�[�|��"���������[��':���_V����������[��'*��������\�����������[��FFE�������[��'��j�������������#���[������V��!�-��"�������$����!����C�����̀ $����W�"!��[�!����#���������"!����#��j���������"�����$��"�#�V������!�������#�@����������B���"�</�� �2�Y2O. Univariant phase equilibria �����#��@�������W�"����������������������$������&���$�&�������"!�����[�@#�������!-!����������������!�����V��V��#��$����!��������$���������/�%#�����#�����"���[������-%#������$���������#��������!�������#�@��������!������������@�������/��B�����/�������������!!�����[��V������#/����������#����������!���������W�@����������"!�����������/������!����#���[������/�Q�������$���]</��W����/����#�@���@����������!������and brucite has been emphasized recently by Evans (2008). Sleep et al. (2004) examined the effect of Fe partitioning into serpentine and brucite on hydrogen production during ���!����C����[����#"�/���QW�����]</�����@#�������$Q������$�F����L�����!!������constitutes a useful extension of pure endmember phase equilibria, but still impose too "��B�����������������������$#���������"�����$�%#�����&���#�@����\�����"������������!����"�����/��������#������_��U��`}����B[��''�����''�@��}����B�����^�V����[��''���}����B���������&[��FF�j�����@��#�������/������!�����/�������������V��#�����$�%#���������&���"!��������#��/����!����C������ �V�������#������V��#������������!����"�����/�����V���/����V���#����!������$�%#�����&������������#��/����!����C�����`+��������� �B$���[��FF���<�����"�����|���[��FF'������������������[��FFE�� �B$����������[��FF*��}��C������� ���&[��FFFj��Y���V��[������$�����"����"��������$�!��V�#��/�����"���� �������� !���� "�����/� ��#���� �� ����� ���� #!��&�� �$� ��+3 into serpentine ��������@�������������[������#/��������������#"��������������!������������������/-�Q������"�#�����$���+3�`|���#��������[��'*'��\��CÆ��C�<�������������[��FF�����Y����B�����^B��[��''�����/�[��'�:����C������������[��'*'�� �B$����������[��FF*��}����&�������}�&�[��'*Fj��L�����������!����"������!�����������������""#��������W!����@�B�����������$�!��V�#����#����������B����������B��W!���������#!��&���$���+3 in serpentine,

Page 101: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

93

3.3. Results

������������/�Q�����"!��������B���/���/����������#��/�!�����������������������-������������������������������!�#�#�����&��$�&������/����������/�������+3�#!��&��@B�brucite during serpentinization. Although it appears possible that brucite contains Fe+3, ������#���B������������#���$���������������������#����"������$�@�#����

�����������������,�������"-./01#%��(���211���*34���()�5'"-����'6#

This reaction path model investigates the isobaric retrograde hydration of monomineralic dunite in a closed system. Figure 5 depicts a summary of the model results $�����#�@�#"�"����������"@��/���������"!��������$�"�����������%#��������$#��-�����$� ��"!����#����+��EFF�;���V�����"������ ������#�@�#"�"����������"@��/�[�accompanied by trace amounts of serpentine and magnetite (Fig. 5a). With decreasing temperature the amounts of serpentine and magnetite increase at the expense of olivine �������/��������/������C����������N

(2) olivine + SiO2,aq + H2��£����!��������"�/��������Y2,aq.

As the formation of serpentine according to (R2) consumes dissolved silica, the SiO2,aq ���V�B����!��`�/�����[�$[������/���F[��������������������j�������"!��������������������the dearth of aqueous silica hampers the serpentinization of olivine in a dunite and thus the effective formation of magnetite and H2[���`�/�����[��[�$����j������������!����������������/���������������/���"!����#��[�������/�� �2,aq further until the system reaches ���#����V������!�����$���V���`</��'Fj������!������`</��''j���@�#����`</��'�j��� "�/������ ��F� ;� `�/��� ��� ���� @j�� Y���[� ��V��� ������� �#�� ��"!�����B� ���� @�#����becomes part of the stable equilibrium mineral assemblage according to the generalized �������N

(3) olivine + H2��£����!��������@�#������"�/��������Y2,aq.

���������������"��/������$�@�#����$�������������������#��B�����@���&������$���V���and the coincident formation of large amounts of magnetite and serpentine (Fig. 5a). In ���������������������������������������$���V��[�Y2[����������������!�B�����!��&��������#����:*�""�����`"<[������/����j������"�����B[��������V�B��$��������������������������������!��������������!����������@�#����`�/����j��+��`��j���������!��������������[��������&��$�����W���������#�����$��������������/������@�C�/���V�����������reaction is solely driven by the decrease in temperature. After olivine has completely ���������#��`���[����L�±���F�;j[�Y2,aq and SiO2[������������������@B���#�@���@�������serpentine, brucite and magnetite, the typical phase assemblage found in completely ser-!����C����#������L����"�#����$����!��������"�������������B���������������������-ing temperature (because the amount is constrained by the amount of SiO2�������@#�&�

Page 102: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

94

Fig. 5.�[������� ����������� ��<�����\�������������������������������� ���>������������������1 kg of seawater was equilibrated with 1 kg of dunite (a-f) and harzburgite (g-l), respectively, at tempera-tures between 25–400 °C. See text for discussion.

0

20

40

60

80

100

mol

% H

2,aq

rela

ted

to m

iner

al

serpentine magnetite

H2,a

q (m

mol

al)

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

25 100 175 250 325 400

Log

conc

entr

atio

n (m

olal

)

Fe

MgSi

AlK

CaNa

Cl45

67

89

1011

12

0.976

0.978

0.980

0.982

0.984

0.986

0.988

pHaH2O

aH2 OpH

serpentine magnetite

0

20

40

60

80

100

mol

% H

2,aq

rela

ted

to m

iner

al

magnetite out

c)

l)

k)

j)

i)

4

5

6

7

8

9

10

0.976

0.978

0.980

0.982

0.984

0.986

0.988

0.990

pHaH2O

pH

aH2 O

e)

d)

0

100

200

300

400

0

100

200

300

400

brucite inmagnetite out

H2,a

q (m

mol

al)

0.001

0.01

0.1

1

10

min

eral

s (m

oles

)

magnetite

brucite

serpentine olivine

clinopyroxene

chlorite

g)

Mg#

min

eral

70

80

90

100

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

Fe+3/�Fe in serpentine

brucite

serpentine

Fe+3/�Fe in serpentine60

chlorite

clinopyroxenetremolite

h)

trem.

-9-8-7-6-5-4-3-2-10

25 100 175 250 325 400

Log

conc

entr

atio

n (m

olal

)

AlSi

Fe

Ca K

Mg Na

Temperature (°C)

f)

70

80

90

100

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Fe+3/�Fe in serpentine

Mg#

min

eral

brucite

serpentine

olivine

Fe+3/�Fe in serpentine

b)

0.001

0.01

0.1

1

10

min

eral

s (m

oles

)

magnetitebrucite

serpen-tine

olivinea)

Temperature (°C)

Cl

brucite in

Page 103: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

95

3.3. Results

�B���"j[��������������"�#����$�@�#�������������������B���#�����"���[����!������������particular brucite become increasingly Fe-rich as the temperature decreases. This is due to the temperature-dependent changes in sub-reactions of the brucite-serpentine-magne-tite equilibrium that increase the stability of the Fe-end members of serpentine and brucite relative to magnetite. That is, the equilibrium constants for (R4-6) favor increasingly the !���#����������������/���"!����#��N

(4) Fe3O4 + H2O + H2,aq + 2SiO2[���¤���3Si2O5(OH)4

(5) Fe3O4 + 2H2O + H2[���¤����`�Yj2

(6) 2Fe3O4 + 7H2O + 6SiO2[���¤����2Si2O5(OH)4 + H2,aq

The shifting equilibrium of (R4) and (R5) reduces the amount of H2 present at equilib-rium. Overall H2[������!��������������/���"!����#��[��������"���B���V���@B�`��j��The activity of SiO2[��� �������������@B�%#�����&���#�@��� `����@#$$�����@B��!��Q��"����������"@��/��[���/�[����!������@�#���j�����������V�����"�&��`�������#"�j��B���-gen is implicitly acounted for in the reaction path model. As (R4–6) proceed to the right ����������������/���"!����#��[�"�/����������"!�����B��W��#�����@���������;�����the system is entirely controlled by exchange equilibria among serpentine and brucite (Fig. 5a). The H2[������V�B���������!�����������������@��B��$���+3-serpentine (Fig. 5b, �[��jN

(7) 2Fe3Si2O5(OH)4 + 2SiO2,aq + 5H2��¤����2Si2O5(OH)4 + 3H2,aq(8) 2Fe(OH)2 + 2SiO2,aq + H2��¤���2Si2O5(OH)4 + H2,aq.

+������/� ��� `��]:j���� ������"!����#���� �������@��B��$���+3-serpentine, and thus the activity of H2[��[����"����@B��������� �2[������V�B[�����������%B�@#$$�����@B�����-���N

(9) Mg3Si2O5(OH)4 + H2��¤�� �2,aq + 3Mg(OH)2.

With the exhaustion of magnetite, serpentine becomes increasingly magnesian as tem-!����#�������![������@�#����@���"����������/�B��������`�/���@���:]'j�� L���!Y��$�����%#����#�����������/�������������$��"�E�:����EFF�;����'�������;��+��!��!�����@B�<�����"�����|����`�FF'j�����!Y������/��B������"����@B��������@��B�of brucite, but is ultimately controlled by the entire mineral assemblage. Except for high ��"!����#���[������V���������</�������/���B�����������"!��������������/����%#��`�/���$j��L�����������������$�����W�@����������/���"!����#�����!������B�����������-�/������������������������/������"!����#���[���%����/�@#$$���/�@B�����/�/�!�����assemblages described earlier.

Page 104: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

96

�����������������,����%��.���%��(���211���*34���()�5'"-����'7#

� L������&���"!������#�����������������/�"����������#������#���������!����������"������!������!�������[����[����C@#�/���`��N�!WN!W�¤�:FN��N��V�����j��+����#/�����!����������!�����������������!�������[����/�����������#������#������[�@���#�����remains largely unaltered in most samples from Hole 1274A (cf. Klein and Bach, 2009). Figures 5g–l summarize the model results in terms of equilibrium mineral assemblages ������"!��������$�"�����������%#��������$#�������$���"!����#����+��EFF�;�������#-�@�#"�"����������"@��/�����������$���V��[����!�����[��������"����������������"����amounts magnetite (Fig. 5g). The predicted concentration of H2,aq is higher compared to model 1A, because orthopyroxene provides the SiO2 needed to produce serpentine and "�/������`�/���j��������/��������/������C����������N

(10) olivine + orthopyroxene + H2��£����!��������"�/��������Y2,aq.

At temperatures above the quasi-invariant point of olivine-serpentine–brucite equilib-rium, concentrations of SiO2[���������������"!��������"������+�`�/����j[�@���#���"#���more serpentine is produced according to (R10). Diopsidic clinopyroxene forms at the �W!������$����"�������������W��#����������"!����#����@������'F�;����"��&�@�B[�������������������V�B���"������@���#����@�#�������$��"������/���B��/������"!����#����`�E��;�V�����F�;j��L����"��/������$�@�#����$�������������$��"������$�"�/����������serpentine at the expense of olivine according to (R3), resulting in H2,aq concentrations �$��'*�"<�����EF�;��L���!��������"�W"#"���������������$�Y2,aq is similar to that in ������������!����"���������!#�����V��[�@#��Y2[�����!�����������!��&��������������@�B�higher temperature. As the temperature decreases, the concentration of H2[������!�������"�/������@���&������������������&���#!�@B�@�#���[����!�����[���������������������#-tions. The amounts of serpentine, clinopyroxene and chlorite remain virtually constant ������������/���"!����#��[��������������"�#����$�@�#�������������� ��!�����[�����-rite and brucite become enriched in Fe as temperatures decrease, consuming magnetite `�����E]�j�#���������W��#��������L�±��E��;��+��B�����������"!����#������������������of H2,aq and SiO2[�������@#$$������������V��#���@B����!������@�#������#�@�#"�`�/����j�����/�������!�����������/��$��"� �2,aq to HSiO3

- at pH ~ 8.5 the concentration of SiO2[����������"���������L�±�����;�`�/���&j��L����/����!Y���"!��������"������+������������������@���&������$�!�"��B�����!B��W�������������!B��W����`��������L�����"�&���`�L�j���"!�����j��L��������������������@�������/�Q������"�#�����$����������%#���+����"!����#����@������E��;[�@�#��������!B��W�������!��������#�@�#"����������!Y[���������������������B������"!����#�������!����������������$������V���"�/���#"����������V���������������"!����#������/����������@#$$�����@B����!�����[�@�#-cite, and clinopyroxene. Serpentine is more Fe-rich than serpentine of model 1A and more serpentine is produced due to the higher amount of SiO2��������B���"�`�/��/[��j�����-

Page 105: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

97

3.3. Results

���#����B[�!�����������������������$������V����������"��&���B��������������"������+�

����������������� �,��������,(����8��8���������"-����*# We next treat serpentinization as an isothermal process and compute the effect �$�����/�/�������������&�������`�U�j����%#�����&���#�@����L�����������#������[����������#����"�#�����$����&����������������&/��$���������[�����#��������V��#��������/�����"������/B�����%#����"!���������QV����"!����#����`��F[��FF[���F[��FF�������F�;j��+/������#�����V���`</��'Fj��������C@#�/���`��N�!WN!W�¤�:FN��N��V�����j��������������/�"������������/������[�������������/��U������������/�$��������$����������

0.001

0.01

0.1

1

10

mol

es m

iner

als

150 °C

Mgt

Brc Srp

0.001

0.01

0.1

1

10

mol

es m

iner

als

Mgt Brc Srp

200 °C

0.001

0.01

0.1

1

10

mol

es m

iner

als

Mgt Brc Srp

250 °C

0.001

0.01

0.1

1

10

mol

es m

iner

als

Mgt

BrcSrp

300 °C

150 °CMgt

BrcSrp

Chl

Cpx

200 °CMgt

Brc

Chl

Cpx

Mgt

BrcSrp

Chl

Cpx

250 °C

Mgt

BrcSrp

Chl Cpx

300 °C

1001010water to rock ratio

Mgt

OlSrp

Chl

Cpx

350 °C

(a)

(i)

(h)

(g)

(f)

(d)

(c)

(b)

(j)

0.001

0.01

0.1

1

10

mol

es m

iner

als

Mgt

Ol

Srp

350 °C

(e)

1001010water to rock ratio

60

70

80

90

100

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.1 1 10 100

Mg#

min

eral

Fe+3/�Fe serpentine

350 °C

Fe+3/�Fe Srp

Srp

60

70

80

90

100

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Mg#

min

eral

250 °C

Fe+3/�Fe serpentine

Fe+3 /�Fe Srp

Srp

Brc

60

70

80

90

100

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Mg#

min

eral

150 °C

Fe+3/�Fe serpentineFe+

3 /�Fe Srp

Srp

Brc

200 °C

Fe+3 /�Fe Srp

Srp

Brc

60

70

80

90

100

Mg#

min

eral

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0 Fe+3/�Fe serpentine

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0 Fe+3/�Fe serpentine

60

70

80

90

100

Mg#

min

eral

300 °CFe+3 /�Fe Srp

Srp

Brc

water to rock ratio

(n)

(m)

(l)

(k)

(o)

Srp

Fig. 6. Predicted alteration mineralogy of reaction path models 2A and 2B at constant temperature as a fuc-tion of water-to-rock ratio. (a-e) predicted equilibrium mineral asemblage for model 2A; (f-j) equilibrium mineral assemblage predicted for model 2B; (k-o) predicted mineral composition of serpentine and brucite; black lines denote mineral compositions for model 2A, grey lines denote mineral compositions for model 2B. See text for discussion.

Page 106: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

98

�"�#����$�������������!������������B���#��!������������#����B[��������������������$����������V�������V������"�������������������B�������������/��U������������%#��compositions, mineral assemblages and solid solution compositions of serpentine and @�#����������#�����������/���������$#�������$��U��

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

H+

Ca

Cl

Fe

K

Mg

Na

Si

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Al

350 °C

H+

Ca

Cl

Fe

KMgNa

Si

0.1 1 10 100 0.1 1 10 100

350 °C

300 °C

250 °C

200 °C

150 °C 150 °C

200 °C

250 °C

300 °C

water to rock ratio

log

conc

entr

atio

n (m

olal

)lo

g co

ncen

trat

ion

(mol

al)

log

conc

entr

atio

n (m

olal

)lo

g co

ncen

trat

ion

(mol

al)

log

conc

entr

atio

n (m

olal

)

water to rock ratio

H+

Ca

Cl

Fe

KMgNa

Si

H+

Ca

Cl

Fe

KMgNa

Si

H+

Ca

Cl

Fe

KMgNa

Si

Fe

H+

Ca

Cl

K

Mg

Na

Si

Al

Fe

H+

Ca

Cl

K

Mg

Na

SiAl

Fe

H+

Ca

Cl

K

Mg

Na

SiAl

Fe

H+

Ca

Cl

K

Mg

Na

SiAl

Fe

Fe

Al

SiCaH+

KMg

Al

H+SiFe

Ca

K

AlH+SiFe

K

Ca

Mg

AlH+Si

Fe

CaK

Mg

Al

Si

H+

CaK

Mg

Mg

H+

Ca

Cl

Fe

KMgNa

Si

Fe

p)

q)

r)

s)

t)

u)

v)

w)

x)

y)

Fig. 6. (continued)�[������\�������������������������������� ���>������������������������������������������������������*����'��������\���������������������� ��>%����<'��������\����composition for model 2B. See text for discussion.

Page 107: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

99

3.3. Results

�����������������,�������"-./01#����� ���������������"-����*6#

� +����F�;�����!����������#�@�#"�����"@��/����������"���B��$���#���"�����amounts of serpentine and brucite (Fig. 6a). Trace amounts of magnetite are present only @��������U��Ã�������EF��|�#������"!���������/��B������V���������/�/��U�[�������</������������$��"�'������/���U�����*����� �����U��`�/���&j��L���</���$����!����������������$��"�'*�����/�����'E���������U���+���/���U��V��#���B�������������!��������!�����������@����V�����[�����������������U�����B��F�"�������$����������������$�����`�/���&j��L���������/�����+3U�����$����!���������������������������/� �2,aq and H2O ac-�V����������������������/�Y2[������V��������������U��̀ �/���!������/��*���$���*j��}����������!!���������$�"�/����������U�����[�Y2,aq concentration are no longer buffered by equilibria (R4-6), causing a change in slope in H2�V���#���U��`�/��*j��_�#�@���`�*j�����`�:j����#�������/�V����Y2 activities, and although Fe+3����!����������������`�/���&j[�H2���������[�@���#��������B���"�@���"���"�������&���"�������L���!Y������/��B����-trolled by the solubility of serpentine and brucite, and Mg2+ is the dominant cation apart $��"���+��V��������������U�����/�����������������$������V������"�����`�/��!j[��W��!��$���+�[���"�������������������������/���B�������������/��U��`�����@�V�j��+�#"�#"�������%#�������������#���������!������������!������`�"�������"!�����j�� +���FF�;[���F�;������FF�;����!����������@�#������"�����������#�@�#"�"����������"@��/���V��������������U�����/��`�/���@]�j[��"�����������"����������F�;��L���"����$$��������������"�/���������������@���&����������U��±����+�������V��������B���������������"!����#�����!�������"����[����!����������@�#����@���"���������/�B�magnesian at higher temperatures, promoting magnetite formation. The molar amount �$�"�/���������������������B�������������/��U�[���@����������"#�����������"�#�����$����!����������@�#�����L�������%������@B����������V��!��!��������$�"���������������#�@�#"��B���"������������������������������!����/���"!����#�����!�������"�����1A (Fig. 5), predicted concentrations of H2[�������������������@�B�$��"���F�����FF�;�`�����/��*j��<����V��[���������U�[����������������$������V���Y2 increase almost expo-�������B�������������/��U�������������������/����$����������V������"���������V��B��"��������������$�������F�;�"����[������#/���@���#������������������$$���`�/���!]�j������!����#���[����������������$������V��� [��������+��������/���B��/�������������������$����������������V������"���������������`��������W!������$��"�������#V��������"!���-�#�����!�������"������+j��������������!����/��U��� +����F�;�������#�@�#"�!���������"@��/����!������������������"���B��$���-V�������"�����"�#�����$����!����������"�/������`�/����j[���%����/�����������������@��B��$���V������L�����F�;�������#����B[��Y2[����������������������������$���-���V������"������������V�������"!�����������������������$������V������"��������������temperatures.

Page 108: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

100

�����������������,����%��.�������� ���������������"�����*7#

� +�� ��F� ;������U����E� ����!�������� ��#�@�#"�����"@��/��!���#����@B� �����B��������$����C@#�/�����������"���B��$����!����������@�#��������"����"�/������`����U��±�EF[��/���$j������������"�#�����$����������+�����U��Å�E���������B�����!B��W����@���"���!�����$�������#�@�#"�����"@��/���<�/������@���&�����������U��Ã�F��[����[��������"�������������U����"!���������"������+��L����V��#�����$�������������#������"!��������$����!����������@�#��������"����������������������$�"������+�̀ �/���&j�����!B��W���������������B�!#�����!�������������!!���������������"@��/���������!�-"��B�������$�+�[�@#��"�&���#!����B����"����$��������$����������!���#�����������"!�������V��V���$��"�!#������������������/���U�����"����$���������������`�F�"��������!����j���������U���YB���/�������������������������������B��/������"!��������"������+[�@#��again, H2[�����������������������������!�B���������@���&������$�"�/�����[���%����/�H2[���@#$$���/�@B����!������̀ �/��*j���������U���L����B���/����W������������������������-dition of Si provided by dissolution of orthopyroxene according to (R10) supporting (R6). L�����������$������!B��W����"���������@#�&���"!�������������/����!��!�������$� [�������/���/�������$��������$����!��������������#�@�#"�����"@��/��� �������!������������������������������#��#��������@�#���[��������#������/��������"�#�����$�"�/�����[�and thus higher H2,aq at equilibrium.� +���/���U������!Y�����"������@B������%#������$�</2+ due to high concentra-������$�</��������������������}���!��/����V���B��������$����C@#�/��[����!����������brucite buffer the amount of dissolved Mg2+�����������W���/�%#������W�����/�B�����

150 °C

200 °C

250 °C

300 °C

350 °C0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.1 1 10 100

H2,

aq (m

mol

al)

water to rock ratio

duniteharzburgite

Fig. 7. Predicted dihydrogen generation for serpentinization of dunite (grey lines) and harzburgite (black lines) at constant temperature as a fuction of water-to-rock ratio. See text for discussion.

Page 109: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

101

3.3. Results

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

heazlewoodite

millerit

epo

lydym

ite

vaesite

pentlandite

awar

uite

pyritepyrrhotite

hematite

magnetite

300 °C50 MPa

0.12 wt.% S

0.04

wt.%

S

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

heazlewoodite

millerit

e

vaesite

pentlandite

awar

uite

pyrite

pyrrhotite

hematite

magnetite

200 °C50 MPa

0.12 wt.% S

0.04

wt.%

S

Log a H2(aq)

Log

a H

2S(a

q)Lo

g a

H2S

(aq)

-6 -5 -4 -3 1 0-1-2

-6 -5 -4 -3 1 0-1-2-8 -7

H2O H2

H2O H2

Fig. 8. Fe–Ni–O–S phase relations in H2-H2�������<���������*��������������������������\���������arrows pointing the direction of increasing water-to-rock ratios. Note the different paths taken for rock with low (0.04 wt. %) and moderate (0.12 wt. %) sulfur contents.

Page 110: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

102

V��#�������#"��@�������@B������#�����$�!�"��B�����!B��W�������������L����"!�-nent of orthopyroxene is only partly incorporated into secondary clinopyroxene, leading ����2+����������"�����������`�!����$��"���+j�������������&�����!Y��$�:�����������U���+��V��B��/���U��`�����j[���$��"��������&�����"!�����B������V�����������%#��� +���FF�;[���F�;������FF�;�������#�@�#"�"����������"@��/�������������B�������"�����������"����������F�;[�����V��[�����"����$$������������������/����������$������"�#����$�"�/���������������������U��������#������������B��/����Y2,aq concen-trations at higher temperatures. In addition, concentration patterns of dissolved elements �����V������U������V��B��"��������������$�����"����������F�;������#/����$��������/����concentrations for most elements.� ���������������"������+[������F�;�������#�@�#"�!���������"@��/����!������������������"���B��$����!������������V�������"�����"�#�����$�����!B��W���[�����-��������"�/������`�/����j���"!���������"������+[�����!���������Y2,aq is slightly elevated as more Fe+3-serpentine is generated.

9�!;�!<!���� ���������

� L���"�����@#������������� �����"@��/���@B�$�����!����B����!����C������&��$��"�Y������*E+�����!����������¯`��[�[�j9S8°�������#���`�3Fe) + magnetite, fol-������@B�!���������������C���������̀ �3S2) + magnetite in partly to completely serpen-��C������&��`X��������|���[��FF'j��+�� �������/�B����#��/���������[�!���������������#�$#�C��� ��� ����#��� ���U������C��������[� ���� �#�Q���!����`�j� ��!�������/� ����������� �$#/���B�� ����/���"������������!������/���@���V�������$�X��������|����̀ �FF'j[��#������-����!����"������!�������������#�$#�C������$�!������������������#�$#��$#/���B���!���-�������#������U������C���������������������������#�������@B�������`�':�j[�������� �!�������#�@�����V�����������/���!������B����� ��$������B���"��+������� �������-��������!��������������@�����#�$#�C������������B���"�!�������������������C���������������#�����"�/�����[��������������"�������/����� ���������������!��������������$��"��������"@��/����/�������������C�������������"�/������ Minimum H2[��������������������#����������@�C������!����������������#�����"�/����������"@��/����������$��"�����F�"<������F�;������"����E�<����EFF�;�`X����and Bach, 2009). The modeling results reveal that serpentinization of dunite and harzbur-/���B�������#$Q�����Y2[����@�V������F�;�������@�C����������"@��/��`�$���/��������*j��|���������"!����#����$�����F�;[�����!�������������U������������������"@��/����stable or not, since serpentinization produces more H2[�������������U��������`�/��:j�

Page 111: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

103

3.4. Discussion

3.4. Discussion

3.4.1. Serpentinization at Hole 1274A and geochemical reaction path models

� �#��"�����/����#�������������������"�����$�������"!����#��������U����!�����-�����$���]</���#�@���@����������!�����[�@�#��������"�/�������L���"������!��������������!����������!��������������/��"�#�����$�����������������/���"!����#��������U��`�/����������j�������/����"�/����������@�#��������!��������|�#����@���V����"�������� @���"��� �������/�B� ������� ���� ��������/� �U�� ���� ��"!����#����Y���V��[� ������������"�����$�@�#���������������"!����#������"#���"����!����#����������������$����-pentine. The temperature dependency of Fe–Mg equilibria is mirrored by the temperature dependency of redox conditions during serpentinization, and concomitantly monitored @B���������� �!�������Y����[�@�$����"���������]</���#�@���$�������W���/����-pentine, brucite and magnetite can be adopted for samples from Hole 1274A, constraints on serpentinization temperatures are required.� ��!����C�������"!����#������V��@�������"�����$������&��$��"�Y������*E+�#�-�/�!��������������!��`|����������[��FFE��X��������|���[��FF'j��������������&��WB/���isotope compositions (Alt et al., 2007). Bach et al. (2004) interpreted the replacement of olivine by serpentine, brucite and magnetite in the presence of fresh clinopyroxene from ����#!!������$��$�Y������*E+[����@�������V���$��������!����C�������"!����#���[�!��@-�@�B�±��FF���F�;��|�������������/��¨18�������`#!����:���»j��$����������&��$��"�Y������*E+[�+����������`�FF*j�!��!���������������������"!����#����`±���F�;j��X��������|����`�FF'j�$�#���������#���/����]��&����������@����!�������������"�"@��������"!����$��"�Y������*E+[�������������W������B������"!����#����@��������FF�;�`X������������[��':�j��L�&�/���������"!����#������"�������������#��[��#��!�����������!����������@�#������"!���������������V��B�/�����/���"����������"!��������$����!����������brucite from Hole 1274A (Figs. 5 and 6). The evaluation of predicted and measured mineral compositions in combination ������"!����#������"�����"���������@�V�[��������#������!!��W"����������������&���-�����#��/����!����C�����`�/���j��+����F�;������#���������������C@#�/���"�����!��-�������U���$�����������E[����!���V��B[�$������!������</��'������@�#����</��:F��+���FF�;�����������!����/��U��!��������@B�@����"�������������Y���V��[������������������&�ratio values for serpentinization of peridotites from Hole 1274A are not available from the literature, our predictions should be regarded as provisional.

Page 112: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

104

8#9#"#�� ���������������� ���������/�����������������������!�����

� }���W�"���������� �!�������#�@�����������/�/���"!����#��������U����-��� ���/��:����������$� ����������� ��B���"�!��V�����#��$#��"������$�������/�/�H2 and H2 ����V�����#��/�!��/����V�����!����C�����`_�&������[��'*��������[��':���Klein and Bach, 2009). Klein and Bach (2009) interpret the occurrence of pentlandite + ����#��� �� "�/�����[� ���� ��"����/� ������� � ����"@��/�� �� !����B� ���!����C������&��$��"�Y������*E+[����@�������V���$�����������B����#��/����������!��V���/�throughout serpentinization. The occurrence of this mineral assemblage indicates that �����B���"����������Y2����#������������V����"�B�@�������������@B���#�@�#"�������separate H2�����V�!���!������<����V��[�����#�������$�#������B�����"!�����������/��@#������@�#������#����������!����"�����������@������������Q���/�[�������#��"����������#���$��"�������@�������"@��/������@�#�������B�@���������F�;��+@�V����������"-!����#��������#�����������@�����@������������������������#$Q�����B����#��/��������-���[�����"�����/����#����#������������������V������$�� ��������B���"�����"������@�����#�@���@�������������� �������!����/��!��#��!��������������̀ �/�:j��+!����$��"�����W���������������"����@B���#�@���������</�� �2�������2O3�Y2O system, ����@#�&��#�$#�����������$��������&������"�������������������!��������������@��!�����$�������#�@�#"�����"@��/������U���������$��������@�V���{���� �������#���!����������������#�$#�C��������������"@��/�����C���������������#�����"�/���������@�����@���`����Fig. 8, cf. Peretti et al., 1992). In contrast, even at highly reducing conditions pentlandite �������#�$#�C�����B���!���[�$�� ������V������Y/��� ���������������#������$��"���������W!������$�!������������������[�!������������!��������������W����������C�������������"�/�������Y���V��[��������������������@�������� ����������$��������&���������!���-�����`������&j��$����C������������������@���V����L�����"����������#��$��������#�$#�����-������$��������!������"���W��#���#���/����C��������������������������������@���V��������!!����[���������C����������#�����������V�����!!��[����������$�#������B��������/�B����$#��B����!����C���!���������`X��������|���[��FF'j���V�����!!�/��$����C���������$��"�������#���������!����������������#�����"�/����������W���"������@�B������/���B���������#��/������������$��������#���$���"������@�����#�@�#"��$�!���������������-�#��� �� "�/������ ���� �#!!����� ���� $��"����� �$� ���C��������� �� �#�� ����#������� ����"#������V�����!!�/��$����C����������#�������[��#��"�����!������������!������������!�����$�������#�@�#"�����"@��/���V���������������"!����#������/������U�����[���/��������������#������#���/����L�±���F�;�

3.4.3. Fe+2���+3 exchange equilibria in serpentinites

� _V����`�FF:j���V������������!�������������#���$��#��/���������W������������

Page 113: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

105

3.4. Discussion

of Fe and Mg+2Fe-1 exchange equilibria in serpentinites and emphasized the importance of Fe+3 in serpentine as it contributes to hydrogen formation during serpentinization. Y���V��[��������������&��$���+3������$����@B��������!�����������Y����B�����^B���`�''�j���!����<=>@�#������#����������������`�j��/�Q�������+3 in serpentinite (about 50 % of ������������j�����`�j��/�Q�������+3�������������������[��/����@�#���F���`�$��|���#��������[��'*'��\��CÆ��C�<�������������[��FF�����/�[��'�:����C������������[��'*'��}����&�������}�&�[��'*Fj���#��_<�+��������V�������������������'*�$��"#���#����`�������@�����$�*�oxygens) at the tetrahedral site of serpentine in mesh-rims is occupied by Si and alumi-num accounts for approximately 0.01 formula units at the tetrahedral site (see Table A1). Hence, at the tetrahedral site of serpentine less than ~ 0.02 formula units can be occu-pied by Fe+3, although serpentine comprises ~ 0.15 formula units Fe (calculated as Fe+2). Mößbauer spectroscopy applied to separated mesh-rims of partly serpentinized dunites �������C@#�/����$��"�Y������*E+���V����������!���������$��/�Q������"�#�����$���+3 in hydrous secondary minerals.� ���"�����"���$����&�B����!����C���!��������� ������+3U�������@�#��F��F����F�E:��Y���V��[�#!��&���$���+3 by brucite cannot be excluded so that the actual Fe+3U�����$����!������"�B�@����"������ ������� ���"�����"���$������/�B� ���$#��B����!����C���peridotites the Fe+3U�����$��B���#����������B�!��������@�������F��������F��:[����������������@�B��/��������������&�B����!����C���!����������L����/������+3U����"�B�@����&�����������������Y2[��[�������@���#����������#��/���!���B��$��������&������������������#/���$$#�V�U��V���V��������$�Y2,aq (see R7) or both. Increasing aSiO2,aq is un-�&��B����!��"�����/������+3U�������� �2[�����@#$$���������W�����/�B�����V��#������������"!����#����@B�`�'j�� |������� ��F� ���� ��F� ;� `���� �W!������ ��"!����#��� ���/�� �$� ���!����C��������Y������*E�`+���������[��FF*��|����������[��FF���X��������|���[��FF'j�����!��������Fe+3U�����$����!�������!!��������/��B�������V�����!���#��������&�"������/B�@#��V��-����/�Q�����B���������/������U�������������"!����#���`�/����������j��+����F�;������U�����[�������@�#�����������!��������V��!����������"!���������������������������#���� ��#V������� $��"� Y���� ��*E+� `</�� �$� @�#���� ¤� :F� ���� </�� �$� ���!������ ¤�95), the Fe+3U������F���[����[���"!���@�������������������+3U�����$�!����B����!����C���!����������+���FF�;��������U���$�F��[�������!��������@�#�����������!�������������V����"!��������������������������������#������#V������[�����!����������+3U������F���[������������������"!�����������#������"!�����Y���V��[�@���#����#������#��������������������$�������!�������/�������������������������[�����!��������!��!��������$���+3 in serpentine have to be considered as minimal values. With increasing temperatures the "�"����� @������� �@���V����� ���� !�������� ��������� $#�����[� ����� �� ����� ��� �V-��������������!����C������$����&��$��"�Y������*E+����&�!����������"!����#����@�������F�;����������U��������

Page 114: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

106

3.4.4. Geochemical reaction path modeling and serpentinization experi-ments

Seyfried et al. (2007) conducted serpentinization experiments of a spinel-lher-C���������FF�;������F�<����L��B���!���������</���$�'������������+3U�����$��W!��-mentally derived hydrous alteration products, i.e., serpentine is ~ 0.42 and thus consis-�����������+3U�����$����!�������$�!����B����!����C���!���������$��"�Y������*E+��L����"!����������W!��"���������#���������#��/�����"������������!����"�����/����#���������V�����&���������W�����U�[��������U����"�����$��������������!���#����V���"�����$�������� �B$�����������`�FF*j���������������W!��"��������EE�/����Q�����������������EF�/��!��������C���������������#�����$�������W!��"�����@�#������������$����������������/�"�������`��#V������������/��$����&j���������������!����������@�#���[���#������Q�����U���������L�������#��������+3U�����$����!������$��"��#����V���`</��'Fj��������C@#�/���"��������F�������U�������L����$$�������@���������������#���������������W!��"������B�derived Fe+3U����V��#���`F�E�j�����@���#�����`�j�����!��������$�$�����������@�#���[�(2) incorporation of Fe+3� �� ���������������������$����!�����[����`�j����&��������$� ����thermodynamic data and solid solution models. Another factor is that the models rep-���������#�@�#"�������������������V������������#�@�#"�������������V����������W!��"�������V�����[�����"�����!���������$��/�Q�����#!��&���$���+3 into serpentine is ���������������W!��"������������L������&��$�"�/�������������W!��"�����@B� �B$�����������`�FF*j�������"�������@B��#��!���������$����FF�;������U��¤�����#��"������!�����������"�/������"�B�����$��"������"!����#����@�������F�;������U��±����L������#���"�B���������������������"��B��"����V��$���"�/������$��"������������FF�;��W!��"���������$���B��"���[�!����!�������"�������������"�/����������#�������� ^�B���/����������������������#!����**�"<��������W!��"������$� �B$�����������`�FF*j[��������"���������$�#���"��������������!������������/�����"������������path model (350 mM) that emulates the serpentinization of a lherzolite (62 vol. % Ol, 26 V�������!W[��F�V������!W[���V������ !j[������/����/���������#������<�����"�����|����`�FF'j��"!���C�����������!�������/��$����@���������������B�"������������W�����������/��%#�������������"�#����$�Y2,aq generated during serpentinization. The huge �$$�������@�������!�������������@���V���Y2,aq concentration is obviously related to �������&�`�$�������"�"@���j��$����!����������@�#������������#�������������������!����"������$� �B$�����������`�FF*j�`���[���������������������@������!������������!����������@�#���j��<�����"�����|����`�FF'j�����������#�B���������������!�������/��$�����������!����������@�#������"�����������W!��"������B�`<���B[��'*��� �B$����������[��FF*j�����@��"������������������"��#������V��B�����������!����"�������������������������#��������$��"��L���������#�������!�$����������������/�����!�����V��!������$��B-drogen yields during serpentinization.

Page 115: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

107

3.4. Discussion

� �@V�#��B���B�$����#����������!����������@�#������������#����������"����the predicted amount of H2,aq generated during serpentinization relative to a model that ���������������$���!�������/��$������������!����������@�#���������#�����"����[�����predicted H2[��� ������������� ���� @�� ���� �/��� �#�� ���!����C����� "����� �$� ��V���`"������+j�!�����������������������$�:��"<�����FF�;�������U���$�����������������!���-ing serpentinization model of harzburgite (model 2B) the predicted H2,aq concentration is 'E�"<��{&������������#�������@B�<�����"�����|����`�FF'j[�������������������������similar to those measured by Seyfried et al. (2007) (77 mM). The match in H2,aq concen-�������������������B[�@���#�������"������!��!�������#�����������W!��"���������"��-�������#������������"�������$$�����������!!������������/���������$�!����������"!�����[����!����C������������"!����#����$��FF�;[���!����#����$��F�<����������U�������������yield more than about 100 mM H2,aq. An obvious explanation for this phenomenon is that all compositions used have serpentine-brucite-magnetite phase relations that govern the H2����V������$������&���"!���������������������������������@���"����������"@��/������FF�;[����[����!�����]����]"�/�����[������B���/���$#/�����������W!���������@��"#��������[�������/������������V�B���#������@�C����������!������¯��3Si2O5(OH)4�¤���3O4 + 2SiO2,aq + H2O + H2 (cf. Frost and Beard 2007) Allen and Seyfried (2003) conducted serpentinization experiments of olivine `</��:'j� ��� EFF� ;������F�<��� ���@������ ������� ���������� ����"���� �����$��� ���/����"!����#���#����"�Q����������B�������"����B���"���}��#����������W!��"������B���-���"����%#����"!��������������&����������B�����!����������$��#�����!����C�����model 1A (see Fig.6). Predicted and measured concentrations of dissolved Mg (predicted �'�"<��"���#�����*�"<j[� �`����"<��F���"<j[����`����"<�������"<j[���`F���"<��0.3 mM) and H2[���`����"<������"<j�������/��������/���"����`�����/���j[������#/��+�-�������� �B$����`�FF�j�#�������Q������������������/�����������������$��������������"#�����%#����"�����/�$��"��������@����B�������"���Q�����<����V��[�����"���#����!Y�`������;j��$����*[���#V����������������#�!Y��$�E�'������������/���"���������#��!��������!Y��$�E�:�������������������"���������#������[������W!��"����@B�+��������� �B$����`�FF�j�������#��"@/#�#��B��������V�������"����#������V�������"!����#�����$�EFF�;�����!����#�����$��F�<���� |�������������`�''�j�����#����������!����C������W!��"�����$���V���`</��::j�����FF�;������F�<����L����@���V�������������"������/B����������$����!�������!��-���[�@�#��������"�/�����[�����������/���"���������#��"�����/����#����`�����/���[����!������</��'*��@�#����</��'�j��Y���V��[�����U���������������BC���%#����"!��-������������B��������������#��!��������[����������@���W!��������������$������������B�#������ ������/�%#���������/���"������������V����������@������������V���������[����������������$� �`!����������¹<��"���#�������¹<j�����Y2,aq (146 mM versus 158 mM) are very similar, indicating buffering by serpentine, brucite and magnetite (Figs. 6 ����*j��������"�����W!��"����@B������&B����� �B$����`�':�j[����������B��������#�����������������������Q�������������`��#V��������������������������#�������#��"�����j�

Page 116: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

108

����FF�;[��F�<����������U�����F[����������������$������V������"������������/���"���������#��!���������������/��������"�������V������"����[���/�[�X[�@���V��������V�-tive during serpentinization. The concentration of H2��������������"�����#��/� ������W!��"���[������"!��������������"�����!���������������!���@��� To conclude, our modeling results are, at least semi-quantitatively, in a very good �/���"���� ���� �W!��"������ ���#���[� #���������/� ���� ����V����� �$� ����� ���#����� ��/�����"������������!����"������$�����������!���������$�"������%#����#�@����#�-�/����!����C������Y���V��[����������W!��"������B����V�������"��B��"�������$���serpentine and brucite solid solutions exist, our results should be regarded provisional.

3.4.5. The formation of brucite and serpentine in mesh-rims

Independent of the extent of serpentinization, mesh-rims exhibit a distinct zon-�/�$��"�@�#���������������$����������V���$��������@B���C�����$� ����!��������@�#-

Fig. 9. Temperature-SiO2 activity plot depicted the phase relation in the system MgO–SiO2–H2O. Thick lines are stable phase boundaries, while thin and dashed lines are metastable ones. See text for discussion.

Page 117: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

109

3.4. Discussion

������"�/����������Q����B� �����¡����!����������"�/��������� �����#�����"�`�/����[�2 and 4). The reaction path models that provide phase equilibria changes in the system MgO–SiO2–FeO–Fe2O3–H2�����������/��������$�������������&��������������!�����������@���V���"������C���/��L�����"!����#�������V����#��/��������V������!����������@�#�������W������@�B� ���W���"��B�������[���� ����� ����!���������$� �������������"#���change the invariant nature of the iron-free system._�#�@��� @������� ��V��[� ���!������ ���� @�#���� �� ���� </�] �2–H2O system are /�V������@B�����$������/����������`�����/��'jN

(11) 3 Mg2SiO4 + SiO2,aq +4H2��¤��</3Si2O5(OH)4

(12) 2 Mg2SiO4 + 3H2��¤�</3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2

(13) Mg2SiO4 + 2H2��¤� �2,aq + 2Mg(OH)2

(14) Mg(OH)2 + 2SiO2[���¤�</3Si2O5(OH)4 +H2O.

+@�V������F�;[���V������#���@�����V������������!������$������/�`���j���$�������������W���������#�����$������ `��/�[� $��"������!B��W����@���&����j[� ���� �������� ������

-7

-6

-4

-3

FoSrp

Tlc

Brclog

a Si

O2,

aq

100 200 300 400Temperature (°C)

Ol +

Brc Srp

aH2O = 0.1

OlBrc

-5 aH2O = 0.5

aH2O = 1.0

Berndt et al. 1996

Fig. 10. Temperature-SiO2 activity plot showing in the phase relations during olivine breakdown in greater detail than Fig. 9. Solid lines show stable phase boundaries. Black dashed lines show metastable phase boundaries. White dashed line denotes the aSiO2,aq path of model 1A. Polythermal olivine-serpentine-brucite equilibrium is possible if aH2O < 1. Also shown is the range of silica observed in experiments from Berndt et al. (1996). See text for discussion.

Page 118: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

110

�W!���������B����"#������!�������+���[���V���������@�#����]��������!������]����������������$����[��������#����#��`���j�$��"���V�/�!��B��������/������������!����C������$����&��$��"�Y������*E+����������`���j���!�������������V������!��������Y2O ~ 1 and T ±�����F�;�����������V������#�������������������#��B����$��"����!����������@�#����There is a number of possibilities that can explain the coexistence of olivine, serpentine, @�#���[�������%#�������������#������V�B��$�������` ��$���[��':�j[�@���#��������B���"�gains a degree of freedom if pH2O < ptotal[�������/�$���#�V������$�#��!�������#�@�����the MgO–SiO2–H2���B���"�`�/���Fj��������[��������������V�B�"�B�@�����#����������������!����C�����$����[�������������������#"����_����"�����$��������������������������$�������#���@���W!������`��/�[� ��$���[��':�j�@#�������������@���V��������&��$��"�Y������*E+��+���[�����@�#����C����@���������V����������!����������������������V������-pentine-brucite equilibrium, as serpentine and olivine are physically separated by brucite.������"�������$����"�����&��B������"������@�����#�@���@���������V��[����!����������brucite or arrested reactions in olivine serpentinization need to be considered to explain ����@�#�����"���`���j�����@��@��&���������������#@����������`���j�����`��Ej[���������� @�� ��&��� ���� ������������ ��� �W!���� ���� "������ C���/� �� "�����"��� �$� `���j����&�!����[��������#����������[�����%#����#���"�V�������������!���������@��B�Q���[�and serpentine may ultimately form once the Gibbs energy required for its nucleation is available. In this sense, the brucite rims may represent an arrested reaction. While bru-����!��V�����������$��C�����������$����[������#����"�����"�����&�@�#����������B��L�����@���� �W!������@B� ���� �����/���������� �� ��������V������V���!�/� ������B��������peridotite undergoing serpentinization (Fig. 9). When metastable orthopyroxene reacts ���L�±�EFF�;[������W!���������$��"����!����������������L������������������/���#����%#��������V���������V��B��/����������V�B�������������[����!��������@�#����$��"�/�$��"���V���@���&������������������"!����V��B�������������V�����������@V�#�����������/�����������������V�B�`�/��'j��������������$$#�V������������!����@���������-thopyroxene and olivine. Interestingly, the metastable olivine-brucite phase boundary is ��#�����@�������������������������!����������@�#�������!������@#$$����`�/��'j�������!�������B���"��������������"������@��������������������������������V��[�@#�����B�$��"��[���������������$��"������!B��W����@���&�����!��V�������#/���W���������"��B��"����V�����"�&�����!������$��"�� Experimental data may help shed some light on this issue. The only experiment $�����������������������V���@��� ����#/��#�� ���� �#��"���$� �����W!��"���� �� ������$�|������������`�''�j��L������#����������#��������!����C������W!��"���������!#�����-V���`</��::j��������������/�"�����������$�#����������!����"����!���#������������!�������!�����[�@�#���� ����"�/�������+/��[� ���#"�/� $#��� ��#�@�#"�����FF� ;� `�������aH2��¤��j���V������#������������$��"������"!������#��B����!����������@�#���[������������������������������Q���/�������#��"�����/����#��������������#�����$������W!��-"���[�����V��[������Q������������������#@���#����B�����������

Page 119: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

111

3.5. Conclusions

Fig. 10 illustrates the isothermal reaction path of SiO2[�������������`���E:���$���-������!��/����j�@��������������@���#�V������!�����@�#����B��$�`��Ej���������"������-@���@�������$�̀ ���j����������������$� �2 increase further until (at 362h) a maximum is �������[������"�����������"������@���@�������$�`���j�� #@���#����B������������������of SiO2 drops until it reaches the univariant phase boundary of (R14). This experimental ��������!����"�B�@����&�������V������$���`���j���&�/�!�����@�$����`��Ej[����������ultimately control the SiO2����V�B��$������������B���"��������V������W��#������<�������!����C����� �W!��"����� ���� �#$Q�����B� ���#����� �2,aq analyses are needed to constrain this further.

3.5. Conclusions

Our study indicates that unprecedented details about the reaction sequences dur-ing serpentinization may be obtained from merging careful petrographic, mineral chemi-���[�"�/����[�����<=>@�#����!��������!������B����������"!������V������"��B��"��"�����/��}����V������#������������B���/���/�����������!����������"!����#��[����&���"!�����[�����%#�U���&��������#��/����!����C������|�������F�]���F;����������-�B������������@B����!�����]"�/�����]@�#������#�@����}����V���!��Q����B���������������!�������/��$��V������������@�#���������V�������������������V�����������������-pentine. Model calculations reveal that both partitioning and oxidation state of iron is very �����V�������"!����#�������������������&�������#��/����!����C������+��������"!�-����� �$� ����W���/� ���!������ `</�� '�j� ���� @�#���� `</�� :Fj� �� ��"���� ��������� ��"���� ��"!���� $��"�Y������*E[� �� �� �&��B� �����������������������������V��B� �"��������������|���������#��"�����/����#���[����!��!�������!����������@�#����$��"�������"!����#���� ���/�/� $��"� ±� ��F� ��� ��F� ;�� �����!����/� @#�&� ������������&� ���������/��$��"�±�F���������+���#���"#�����V��$��"����#��/�"������/�����!����C����������"!����#����@��������FF�]���F�;������U��±��[�������B���/���$#/����������"�W"������&���"!�������!!��������@���$�&�B�"!��������$����#��#����������/��$����!������-ing during serpentinization. Serpentinization of orthopyroxene generates more dihydro-/�����������!����C������$���V��������/����"!����#����`����F�;j[��L��������������@���#�����V���@���&����� ������!����������"�/��������!�������� �����V���@��B��$�����W��������������#�����+����"!����#����@�������F�;�@#���������@�����������W�������silica source is no longer required to facilitate the formation serpentine and magnetite. +������/�B[���B���/����������������!��&���!!��W"����B������F�]���F�;�`��!����/����!��������"������/Bj������@�#�����"��/�������������"!����#������/��������@�#������!������[�������B���/���B����@B����!����C������$���V��������W�����@B�$���������B-drogen yield by serpentinization of orthopyroxene.

Page 120: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

112

� +��/�Q������"�#����$��V����������!������������@�#�������������������V���-hydrogen generation. Textural evidence indicates that olivine is replaced by brucite (and not serpentine) along the grain boundaries so that the formation of brucite appears to be the initial step of a serpentinization reaction sequence. We propose that brucite is meta-���@������������@��B�Q�����$����!������#�������#/������"��B��"����V��$������!������nucleation is available. The formation of Fe+3����!������"��&���B������@#��������B���/���/��������[���!����#�������������"!����#������������������������&��������<=>@�#����!��������!�����#�����������������@�#���F�����F����$��������������!�����U@�#����"�����"������V�-lent, irrespective of subbasement depth and the orthopyroxene content of the precursor ���&���#��/�����"������������!����"������������"��#������V��B����/���"�������������!��������!�����#����$����!����C�������"!����#�����������F������F�;��If the Fe+3-component of serpentine is neglected in geochemical reaction path models, magnetite is predicted to be part of the equilibrium assemblage over the entire tempera-ture range. In contrast, if Fe+3� �� �������� ���!������� ���� ���!�����[�"�/������ ������!�����������$��"����L�±���F�����FF�;������������������������[�������������W!��-"��������#�B� �B$�����������`�FF*j���!����������������&��$�"�/������$��"������#��/����!����C������$�!������������FF�;��L������#���#���������������"!���������$������-ering the Fe+3���"!�����������!��������������#����"�������Y���V��[��������+3���������������������#@���#���$����������������������������������������!���������#�B[��#��"�����/����#�������#���@����/���������!��V�������L��"!��V������!�����V��!������$�serpentinization models, experimentally derived thermodynamic data of Fe+3-serpentine and thermodynamic parameters for the serpentine solid-solution are necessary.

8#;#�*�+�������������

� L����#��������#����&���������&�<������Y���������$���������!��������/�#!���������"��B��"������@�����<��B�����&��/���������������$�����!��/�������"#����/���-�#�������}������&�|��@����<���������������+!!���$�����������������������������������"���!��@������B�����������\����������Y��/�����#��&�!��V������"!���"�����������thin sections. This research used samples supplied by the Ocean Drilling Program (ODP). �^�����!��������@B������ ��������� ��������#�������`� �j�����!����!���/���#�-�����#�����"���/�"�����$������������/��!��������#�����`���j[������L������&������#!!������ ���� $#���� $��"� ���� !����� �����B� ���/��"� ��EE� �$� ���� \��"��� ��������#������� `|+���F�U��������|+���F�U���j� ����@B� ����^�\���������������U_W���-�������#�����®L���������������_����� B���"��

Page 121: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

113

References

References

> ����*�J*������<�������*�J*��*���??Y'*������������ ������ ��������\����������

� ������������ �<������� � �<���� �� ��������� ������� >�� ������� �

study at 400ºC, 500 bars. Geochimica et Cosmochimica Acta 67, 1531-1542.

> �� �*��*�����������*��*�� ������������*��[�� �����^*��+���������*� �*��������������+*�

(2007). Hydrothermal alteration and microbial sulfate reduction in peridotite

and gabbro exposed by detachment faulting at the Mid-Atlantic Ridge, 15°20’N

(ODP Leg 209): A sulfur and oxygen isotope study. Geochemistry, Geophysics,

Geosystems 8, Q08002, doi:08010.01029/02007GC001617.

>����������*��*���XX#'*�����>}��>�����������������������������������|��������

������������������<���� <������� ������� ���������� ��� ����� ���� ����

particles. Microbeam Analysis 4, 177-200.

������ �*�� +�������� �*� �*�� ^���<�� �*�� [�� ����� ^*� ���� "������ �*� ��??='*� ������ �

seawater-peridotite interactions – First insights from ODP Leg 209, MAR 15ºN.

Geochemistry, Geophysics, Geosystems 5, Q09F26, doi: 10.1029/2004GC000744.

������ �*�� [�� ����� ^*�� +�������� �*� �*�� � ������� �*�� ������ �*� [*� ���� ^���������

S. E. (2006). Unraveling the sequence of serpentinitzation reactions:

petrography, mineral chemistry, and petrophyscis of serpentinites from MAR

15ºN (ODP Leg 209, Site 1274). Geophysical Research Letters 33, L13306,

doi:13310.11029/12006GL025681.

������� "*� +*�� J����� �*�� +�������� ^*� �*� ���� ������� �*� ^*� ��X]@'*� ��������� ���

internally-consistent thermodynamic data by the technique of mathematical

programming: a review with application to the system MgO-SiO2-H2{*������� �

of Petrology 27, 1331-1364.

Berndt, M. E., Allen, D. E. and Seyfried, W. E. (1996). Reduction of CO2 during

serpentinization of olivine at 300°C and 500 bars. Geology 24, 351-354.

Blaauw, C., Stroink, G., Leiper, W. and Zentilli, M. (1979). Mössbauer analysis of some

Canadian chrysotiles. Canadian Mineralogist 17, 713-717.

Brand, R. A. (1987). NORMOS Programs. Internal Report, Angwandte Physik, Universität

Duisburg.

��������*� ��XXY'*�J�� ����������� � ������ ��� ����\��������������� �����*�

������ ����+���<���� �"������X]��=�@Y�=�!�*

Cannat, M., Bideau, B. and Bougault, H. (1992). Serpentinized peridotites and gabbros in

the Mid-Atlantic Ridge axial valley at 15°37’N and 16°52’N. Earth and Planetary

Science Letters 109, 87-106.

������ ����� �*� >*�� ������� �*� "*�� ���� �� "*� �*� ���� ��������� +*� "*� ��X@#'*� �����

�� �� ��� ��������� ��������*���������������� ����J������������������� �

Page 122: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

114

Canadien des Sciences de la Terre 2, 188-215.

���� ���� �*��*�� ����� �� �*�[*�� }��|���  *�� ����������� [*� ���� ^� ��� �*� ��??�'*�

Geochemistry of high H2 and CH4����\������������������� �����������������

"��������<������� �� ���Y@¡�=¢����>"'*������� �+� ��<��X�*

�������*��*�� ��*� ��XX]'*�������>�>}������������ ���� ���>��� �� ���������

webbook.nist.gov/.

���������*�>*�����"��������*��*���X]X'*�J���������������<���������������£+���

����£^���'������ ��������� �����X]������������������� <���� ������������*�

American Mineralogist 74, 1023-1031.

�¢>��������*���������������*��*���??='*���������������������� �������� ����

from the South Chamorro Seamount (Ocean Drilling Program Leg 195, Site 1200):

inferences for the serpentinization of the Mariana forearc mantle. Mineralogical

Magazine 68, 887-904.

����� ��J*������ ���� �*��*��{ �����J*�^*�����������[*�� ������ �����*�}*������� ��

�*�[*��}��|��� *��[�������*�����>��������[*���??�'*����"����������\�����

�Y@��=¢����>"'������\�������� ��������������������������������������

�� � ������ ��� ����> ����� "���� �<������� � \����*� ������ � +� ��<�

184, 37-48.

���������� �*� J*�� ��*� ��X]�'*� ��� ���� ���� ������� ��� ^<������� � } ������ ������ �

Effects on Mineral Precipitation. University Park: The Pennsylvania State

University.

Eckstrand, O. R. (1975). The Dumont Serpentinite: A model for control of nickeliferous

���|������� ������ �����<�� ������������������ ������������*�J��������

Geology 70, 183-201.

J����¤����*��̂ �����+*�����J�������*���XX!'*�J���������������_���������� ����������

strength and the style of normal faulting at slow-spreading ridges. Earth and

Planetary Science Letters 151, 181-189.

Evans, B. W. (2004). The serpentine multisystem revisited: chrysotile is metastable.

International Geology Review 46, 479-506.

Evans, B. W. (2008). Control of the products of serpentinization by the Fe2+Mg-1 exchange

����� ����� ��������������<����*������� ����[�� ��<�=X���]!Y��]]!*

J������ �*� �*�� ��������� �*�� {������� ^*� ���� ������������� �*� ��X!@'*� ���� �<�

of chrysotile and antigorite in the serpentinite multisystem. Schweizerische

Mineralogische und Petrographische Mitteilungen 56, 79-93.

J�������*��*�������������������*���X!�'*����J��\�������J������������̂ <�����������

on Duniten. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen

52, 251-256.

}������*�"*���X]#'*�{�������� �<������ ���������������������� ������������*�

������ ����[�� ��<��@��Y��@Y*

}������*�"*������������*��*���??!'*�{���� ���������<������������_����*������� ����

Page 123: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

115

References

Petrology 48, 1351-1368.

}�¥��+����+*��*������� <���*�>*��*��[ ����>*��� <���*��*�����+���<���*���??='*�

Serpentinization of oceanic peridotites: implications for geochemical cycles and

biological activity. In: Wilcock, W. S. D., DeLong, E. F., Kelley, D. S., Baross,

�*� >*� ���� ���<�� �*� �*� ���*'� ��� ���������� �������� �� ��������� �����*�

Washington, DC: American Geophyscial Union, 119-136.

González-Mancera, G., Ortega-Gutiérrez, F., Nava, N. and Arriola, H. (2003). Mössbauer

���<� ��� ������� ����� �� ��� �� � ������� ���<� ��� ����_������ �������

�����*�^<����������������=]��=X��@��!�*

^ ������^*��*��� ��<���*��*��������^*��*������������*��*���X!]'*�������<�����

critique of the thermodynamic properties of rock-forming minerals. American

������ �����������!]>������X*

^� ������*��*��*���X]X'*���������������<������ ��������� ������������������ ���

A review and a predictive model. American Mineralogist 74, 5-13.

Hostetler, P. B., Coleman, R. G., Mumpton, F. A. and Evans, B. W. (1966). Brucite in

alpine serpentinites. American Mineralogist 51, 75-98.

�<����*��>��������^*���������*�������������*���??]'*��������_�����������������

lithosphere and some geochemical consequences: Constraints from the Leka

Ophiolite Complex, Norway. Chemical Geology 249, 66-90.

�����<���*�"*������<�������*�J*����*���X]@'*�̂ <������� ��������_���������������

within the oceanic crust: Experimental investigations of mineralogy and major

element chemistry. Geochimica et Cosmochimica Acta 50, 1357-1378.

��������� �*� �*�� { ����� J*� ^*� ���� ^ ������ ^*� �*� ��XX�'*� �¦[�"�X��� >� �������

package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals,

gases, aqueous species, and reactions from 1-5000 bars and 0-1000°C. Computers

& Geosciences 18, 899-947.

Kaneda, H., Takenouchi, S. and Shoji, T. (1986). Stability of pentlandite in the Fe-Ni-

Co-S system. Mineralium Deposita 21, 169-180.

� ����[*����������J*���� ����*��*�����[��<���*��*��*���??=�'*�{�[�����?X���� ��

������� ��������� ����������> �����"����������=������@��*��{��J��

������ �Y?���=��?*

� ����[*��*����������J*���� ����*��*��>����*���������*����� �����"*��*�����<���*�}*��

����������*��*������ ���*������������>*��������^*��*��*��}�� ��¦*��+�������*��

+���������*��+���*��*��+��������*��*��+��������*��*��+��������*��*��^���<��

�*��� ��������*�����������+*��*���������*���������*�[*��[�� �����^*��"�������*��

Schroeder, T., Seyler, M. and Takazawa, E. (2004b). Site 1274. Proceedings of

the Ocean Drilling Program; initial reports; drilling mantle peridotite along the

Mid-Atlantic Ridge from 14 degrees to 16 degrees N; covering Leg 209 of the

���������� ����� ������� � �{��J��"�� ����%�"����� �����������_� �� ����

+�����������%�������@]���!#��@���<�@��� <��??Y*�[������@�������>©��

Page 124: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

116

University Ocean Drilling Program College Station TX United States.

� <�� �*� �*�� �������� �*� >*�� � �������� �*� �*�� }�¥��+���� +*� �*�� ���� ��� �*� >*��

�� <���*��*��{ �����J*��*�����������*�{*��"����*��*��������+*��*��"���__������

[*� ���� [��<�� >*��*� ��??�'*� >�� ��������� �<������� � ��� � �� ���� �� ����

Atlantic Ridge at 30 degrees N. Nature 412, 127-128.

Klein, F. and Bach, W. (2009). Fe-Ni-Co-O-S phase relations in peridotite seawater

���������*������� ����[�� ��<�#?��Y!�#X*

McCollom, T. M. (2000). Geochemical constraints on primary productivity in submarine

hydrothermal vent plumes. Deep-Sea Research Ietters 47, 85-101.

McCollom, T. M. and Bach, W. (2009). Thermodynamic constraints on hydrogen generation

��������������_��������� ������������*�+�����������������������>��*

����<�� �*� �*� ��X!@'*� >�� ������� � ���<� ��� �� �������_����� ��� ������������

olivines. American Mineralogist 14, 462-478.

Nickel, E. H. (1959). The occurrence of native nickel-iron in the serpentine rock of the

Eastern Townships of Quebec Province. Canadian Mineralogist 6, 307-319.

O’Hanley, D. S. (1996). Serpentinites: records of tectonic and petrological history. New

 �����{������¦������<�[���*

O’Hanley, D. S. and Dyar, M. D. (1993). The composition of lizardite 1T and the formation

of magnetite in serpentinites. American Mineralogist 78.

Olsen, E. (1963). Equilibrium calculations in the system Mg, Fe, Si, O, H, and Ni.

>������������� �����������@���X=Y�X#@*

[���� �*�� �*� ��X@]'*� ������ � ��������� ������ ������� «�� <������¬*� >�������

Mineralogist 53, 201-215.

[���� �*� �*� ��X@!'*� �������_����� �� ������ ��������� �� �������*� ������������ ��

Mineralogy and Petrology 14, 321-342.

[� ������� �*� �*� ���� "��� �*� ^*� ��??='*� +������� � ��� �� ��� ���������� ���

� ������� �<����� �������_������ ��������_������ ���� ��� \���� ��������

chimney precipitation. Geochimica et Cosmochimica Acta 68, 1115-1133.

[���� >*�� �����<�� �*�� �� ���� �*�� }����� �*� "*� ���� ������������� �*� ��XX�'*� ^��� <�

reducing conditions during Alpine metamorphism of the Malenco Peridotite

(Sondrio, northern Italy) indicated by mineral paragenesis and H2� ��� \����

inclusions. Contributions to Mineralogy and Petrology 112, 329-340.

Ransom, B. and Helgeson, H. C. (1994). Estimation of the standard molal heat capacities,

entropies and volumes of 2:1 clay minerals. Geochimica et Cosmochimica Acta

58, 4537-4547.

Rozenson, I., Bauminger, E. R. and Heller-Kallai, L. (1979). Mössbauer spectra of iron in

1:1 phyllosilicates. American Mineralogist 64, 893-901.

Schmidt, K., Koschinsky, A., Garbe, S. D., de Carvalho, L. M. and Seifert, R. (2007).

+�������<� ��� �<������� � \����� ����� �� � ������������ ��������

�<������� � � ��� �#��� ��� �� ����> ����� "���%� ����� � ���� ����� �

Page 125: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

117

References

investigation. Chemical Geology 242, 1-21.

�<������ �*� J*�� ��*�� }���������� �*� �*� ���� }��� ­*� ��??!'*� "���� �� ����� ���� �����

transfer during serpentinization; an experimental and theoretical study at 200 °C,

#??� ���� ���� ��� �������� ���� � ������������ �<������� � �<���� �� ����

ocean ridges. Geochimica et Cosmochimica Acta 71, 3872-3886.

�< ����*�����������*�[*��������̂ *��*��*��������������*���??!'*�[�������� ����� �����

reactions in ultra-depleted refractory harzburgites at the Mid-Atlantic Ridge

15°20’N; ODP Hole 1274A. Contributions to Mineralogy and Petrology 153,

303-319.

Shock, E. L. and Helgeson, H. C. (1988). Calculation of the thermodynamic and transport

properties of aqueous species at high pressures and temperatures: Correlation

algorithms for ionic species and equation of state predictions to 5 kb and 1000°C.

Geochimica et Cosmochimica Acta 52, 2009-2036.

Shock, E. L., Helgeson, H. C. and Sverjensky, D. A. (1989). Calculation of the

thermodynamic and transport properties of aqueous species at high pressures

and temperatures: Standard partial molal properties of inorganic neutral species.

Geochimica et Consmochimica Acta 53, 2157-2183.

Shock, E. L., Sassani, D. C., Willis, M. and Sverjensky, D. A. (1997). Inorganic species

����� �����\���������� ���������������������� � ������<��������������

of aqueous ions and hydroxide complexes. Geochimica et Cosmochimica Acta

61, 907-950.

Sleep, N. H., Meibom, A., Fridiksson, T., Coleman, R. G. and Bird, D. K. (2004). H2-rich

\�����������������_�������������� �������������� �������*�[�����������

the National Academy of Sciences 104, 12818-12823.

��������� �*� ���� ������ �*� ��??�'*� > ������� ��������� ��� ����� � \����� ������*�

Geochimica et Cosmochimica Acta 65, 3965-3992.

�_ �� �*� "*� ���� ������� J*� �*� ��???'*� �������������� � �������� ����� ���� ������

����������<������� ��<�����<������������� �� ������\���������������*�

������ ����+���<���� �"�������?#��]Y�X�]Y=?*

�������� J*� �*� ���� ������� J*� }*� ��X!?'*� ������ � ��������� ������ �� �������

polymorphs: a discussion. American Mineralogist 55, 1025–1047.

�������}*��*�����[ ����>*�+*���X!X'*�J �����������������������<����������������

of serpentine textures. Canadian Mineralogist 17, 785-830.

�� ����� �*�� ����<�� +*�� ����<�� �*�� ��������� �*�� "������������ �*� �*�� ������� �*�

and Shibata, M. (2006). The effect of iron on montmorillonite stability. (II)

Experimental investigation. Geochimica et Cosmochimica Acta 70, 323-336.

�� �<���*��*���XX��'*�J­Y�@��>��������������������������� ���� ��������|�����

systems: Package overview and Installation guide (version 7.0). Livermore, Ca:

Lawrence Livermore National Laboratory.

�� �<�� �*� �*� ��XX��'*� J­Y�"�� >� ������� [������� ���� +������� � >|�����

Page 126: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

3. Iron partitioning and hydrogen generation during serpentinization

118

Speciation-Solubility Calculations: Theoretical Manual, User’s Guide, and

Related Documentation (Version 7.0): Lawrence Livermore National Laboratory.

�� �<���*��*�������� ����*�>*���XX�'*�J­@��>��������[�����������"������[���

Modelling of Aqueous Geochemical Systems: Theoretical Manual, User’s Guide,

and Related Documents: Lawrence Livermore National Lab.

�� �<�� �*� �*� ���� ������ "*� �*� ��??Y'*� ������� ¦��¢�� ����� � J­Y�@� �������� ]*?'*�

Albuquerque, New Mexico: Sandia National Laboratories.

�� �<���*��*����������� �����*�}*���??='*�­�� �����������������<��������������

Geochemical Modeling of Mineral-Water Interactions in Dilute Systems.

Page 127: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

119

Appendix

Appendix

Table A1. Selected electron microprobe analyses

Hole 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A 1274A

Core 4 6 10 17 22 27 4 6 10 17 22 27

Section 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2

Depth (cm) 104-105 128-135 3-10 121-129 24-32 5-11 104-105 128-135 3-10 121-129 24-32 5-11

Depth (mbsf) 22.79 32.78 49.33 89.51 122.34 147.65 22.79 32.78 49.33 89.51 122.34 147.65

Rock type Hz Hz Du Hz Hz Hz Hz Hz Du Hz Hz Hz

Lab code none Ap-86 AP-88 AP-95 AP-99 AP-103 none AP-86 AP-88 AP-95 AP-99 AP-103

Mineral Ol Ol Ol Ol Ol Ol Srp Srp Srp Srp Srp Srp

Texture mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh mesh

Wt. %

SiO2 40.84 40.73 40.85 41.10 40.87 40.31 39.72 40.76 40.91 40.70 40.58 39.95

TiO2 0.02 0.02 0.00 0.00 0.03 0.03 0.01 0.03 0.01 0.01 0.05 0.03

Al2O3 0.04 0.03 0.03 0.04 0.02 0.02 0.28 0.11 0.08 0.17 0.09 0.26

Cr2O3 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.00 0.04 0.03 0.02 0.00 0.02

FeO 8.14 8.27 8.26 8.18 7.67 8.20 4.00 4.28 4.20 3.08 4.23 3.45

MnO 0.11 0.12 0.11 0.13 0.09 0.10 0.06 0.08 0.10 0.08 0.09 0.09

MgO 50.22 49.89 50.26 49.86 50.70 50.73 37.70 38.69 39.44 39.58 38.45 39.05

NiO 0.38 0.37 0.38 0.38 0.41 0.40 0.30 0.32 0.42 0.46 0.27 0.40

CoO 0.03 0.04 0.02 0.01 0.03 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01

SO3 0.00 0.00 0.02 0.00 0.01 0.01 0.13 0.06 0.05 0.13 0.04 0.10

CaO 0.07 0.09 0.25 0.07 0.03 0.06 0.06 0.08 0.10 0.05 0.04 0.06

Na2O 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.03 0.00 0.00 0.01 0.02

K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01

Total 99.88 99.59 100.19 99.79 99.88 99.90 82.31 84.50 85.36 84.29 83.87 83.45

Formula

Si 1.00 1.00 0.99 1.00 0.99 0.99 1.99 1.99 1.98 1.98 1.99 1.97

Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Al 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01

Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Fe 0.17 0.17 0.17 0.17 0.16 0.17 0.17 0.17 0.17 0.13 0.17 0.14

Mn 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Mg 1.83 1.82 1.82 1.81 1.84 1.85 2.81 2.81 2.84 2.87 2.81 2.87

Ni 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02

Co 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Ca 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00

Na 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Total 3.01 3.00 3.00 2.99 3.01 3.02 4.99 4.98 5.02 5.00 4.98 5.01

Oxygens 4 4 4 4 4 4 7 7 7 7 7 7

�������'������� ������������������������������� �����\�����{ ���� ��������������������^_������_����������������

Page 128: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

120

4.1. Introduction

� ����/��������@���V��� ��� $��"������"�Q�� ��� $����� ���&�� ������������%#����������V��@�����$$������@B��������������#����"�Q�����&��`L��B��[��'�������"��[��'�*�������[��'*���_V���[��'**�����[��':�����Y����B�������[��''�j�� ��!����C����������������#��� ���� ��������/� %#��� ��� @���"�� ��&����[� �/���� ���� ��������� ` �B$���� ����^@@��[��':F�������&B����� �B$���[��':��� �B$����������[��FF*j�� #���%#�������&�����$��"�"����������/�������/��`X����B�������[��FF���X����B�������[��FF�j[��!�������`�����

< ������������������&��������������=Insights from geochemical reaction path modeling

Abstract L���"��B��"�� �������� !���� "������ ����� �!!���� ��� !��V��� ��/������������$��"������$�����/�������"�Q�U#����"�Q��@�#��������L���"���������������#!�����V���/����������$�����%#�]���&���#�@������%#���"�V��$��"�!��������#����/��/����!����C�����������/�@@����@��B�����������������������V���/��������������������$��������/��W������$����������$��������!����C�����%#������/�@@�������FF�;[��FF�;[�����EFF�;������������"@��/����B!�����$�����/���`/����#��������!�������������j�����!�����������$��"�����FF�;������FF�;[�@#�����B�������������������%#���������-����B�#��$$������@B��������������/�@@��[����[����������������������#����"�Q�����&������������������Q��#���Q������������!����C�����%#���+������%#��@���"���"�����$$������@B������������������/�@@��[�!�����������!����������!�����/�������������"�������!����������!B��W���������� ����%#�����"���B� ����"!�����B� ������@B� �������������/�@@��[�����!������������"@��/�����B!�����$�/����������$����N���@���!��/������[���������[��������[������!���������L���������������!��������������"���������V��B��"������������is observed in natural rodingites from different settings. Our model results hence support �����B!����������������/����$��"��#��/����!����C������������B���������������%#���controlled by serpentinization reactions are present. Our calculations further indicate that ����$��"������$�"����������"@��/��������!�����"������/����V���@��B����������/-����$��"�����������%������"���B���V���@B�����!����V�B�/����������!�������������#�-�#���������!����%#����<���������$����$������&��B�@B��$$#�����$�������Y+ species, �������!������������������V��B�����!��������������/����������������"�Q�]#����"�Q��@�#����B������/����������������!��@���#����$�����/��������@��B��$���!��������/������������� �2 activities. Our model calculations further predict the formation of diopsidite $��"�/�@@������������!B��W�����!���#��������&������FF�;������FF�;[��#//����/������V��B��/����"!����#������������������$�:FF�;������������#����������$��"������$���!-sidite veins.

Page 129: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

4.1. Intoduction

121

��� ���[� �'���� |������ ��� ���[�'�*�� |���������� �����[� �'�'�� ����� ���� ���/��[��':���+@�������������[��'::j[�����$�������regions of subduction zones (Mottl et al., 2003, 2004). It is hence not surprising that rodingites have been found in a range �$� �������� �����/�[� ���#��/� ���%�����!�����/��������� `+#"���������{�#@��[��'*���Y������C�����X���[��'*���|���#�������[��''���Y�&����������[��''�j[��$����continental margins (Beard et al., 2002), �!������� `|���/�������B$�[��':���+#�-����"� ���� �����V&[� �FF:j[� /����������@����� ` ������� ��� ���[� �':'�� ��Y����B� ������[��''���+�����������[��FF������"��������}���"�������[� �FF*j[� ��!��� �����/��`�����[�'*��� _V���[�'**�� ^#@��&�� ����}�����[� �'''�� {� ��� ���[� �FFE�� <#�C��and Shanina, 2007), and suprasubduction C����� `{� ��� ���[� �FF*j�� ����/�C�����is a metasomatic process, and the domi-nant mass transfers involved are removal �$� ����� ���� ������� �$� ����#"� `���-"��[�'�*j�� �����#����B[� ��������B�mineral assemblages in rodingites com-!���������/���$��]+���������[����#��/�C����[� !������[� /����#���U�B���/����#-lar, and vesuvianite. Other phases are usu-ally diopside and chlorite. In many cases, rodingitization is multistage (e.g., Schandl ��� ���[��':'����Y����B���� ���[��''���{�������[� �FFE�� ���"���� ���� }���"�������[�2007) or rodingites are overprinted by lat-er metamorphic events (e.g., Frost, 1975). During later stages of rodingitization, the direction of mass transfer may be reversed `���[���"�B�@�������$��"��������&j��L�����

Figure 1. Photomicrographs of rodingitized gabbro from ODP Leg 209 at the MAR 15°N (Kelemen et al., 2007). (A) Patchy replacement of plagioclase by prehnite (prh) (sample 1274A-11R-1, 46–49 cm). (B) Clinozoisite (czo) replacing plagioclase (sample 1274A-21R-1, 12–17 cm). (C) Euhedral grossular (grs) crystal (sample 1274A-21R-1, 12–17 cm). All ������������������ ��������� ��������� ����*!#�mm wide.

Page 130: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

122

���������� ����������������

!���������"�&�����$Q�#����������!����!�������������������"���$��!��Q��"�����]%#��equilibria. The situation is less complicated in rodingites from mid-ocean ridge settings, @���#���������"!�����������������$���������������%#���`!�������[�/�@@��[����������-���j���������������$�������������������������������� _W�"!�����$��B!����"����������"@��/���������/���V����$��"��������%����������!��������/������"!��������������$�����/��������!��V������L�@���������"!��-���������������$���!������#!!���"������������!������"����������/��@������`<��|j�from the mid-Atlantic ridge (MAR). Oceanic rodingites from the MAR (Honnorez and X���[��'*�j[���!�������/���� $��"�~��"���� `{�������[��FFEj[������� ����/��� $��"����+��������/����������@����` �������������[��':'j�������"�������"�����/���#�������V��-ably, rodingites are depleted in SiO2�������2�[��������������������$���������"!�����������@���/��B�V���@���������#�#���B������/�B��������[���!����#����������/������������!���������B���/������������#����B[�����/�C���������""���B���/�����������"�����"���"[��������������#�����$������B!�����C������@������!B��W����@���&������#��/����!����C�����`��/�[����"��[��'�*j��L���"��B��"����V�/�$�����$�������/-�C��������B!�����C��������"��$��"��/�������V�����$��������!����C�/�%#���̀ ���-"��[��'�*��{�������[��FFEj��������"@�������$��[�</[����� ����V����`��Y����B�������[��''�j������������|�����`�FF*j���V���������B��/��/���������"!���������$����������activities in rodingite formation. The intention of this communication is to revisit the problem of driving force for ����/�C�����@B��W�"��/�����%#�]"������!��������������������@�#����B�C�����$�"�Q������#����"�Q��������/����L���������"!������@B�����������������!����"�����[��������"�Q�����&������������%#���@#$$����������B�@B����!����C��������������

4.2. Method

� �"!#��������$���#�@�#"�����������$�������W���������[������������$���#�-

Table 1. Comparison of major element compositions of rodingites from the MAR with average compositions of peridotite and basalt

Depleted mantle MAR N-MORB MAR rod. 1 MAR rod. 2 Alpine rod. 1 Alpine rod. 2 Munro rod.

SiO2 44.90 50.01 36.45 35.25 37.43 37.68 39.68

TiO2 0.13 1.11 0.32 3.88 0.19 0.06 0.57

Al2O3 4.28 6.31 20.00 8.07 15.34 18.81 11.68

FeO 8.07 9.73 4.67 11.85 2.92 3.19 5.80

MgO 38.22 8.67 16.30 10.38 29.32 13.58 8.15

CaO 3.50 11.75 10.53 17.83 29.32 21.74 28.86

Na2O 0.29 2.52 0.54 0.34 0.08 0.10 0.28

Source Salters and Stracke (2004)

Klein (2004) Honnorez and Kirst (1975)

Honnorez and Kirst (1975)

Li et al. (2004) Li et al. (2004) Schandl et al. (1989)

Page 131: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

123

4.2. Method

ous species and dissolution of minerals in �����B���"�</]�]��] ]+�]��]�]�]Y������ ����#�����#��/� ���� ���L'���������������@����`��������������[��''�j��L��� ����� �$� ���� ���L'�� ����@���� ��the thermodynamic data set from Helge-�����������`�'*:j�$���"������[����� ���&����� Y��/����� `�'::j[� ���&� ���� Y��/�-���� `�''Fj� ���� ���&� ��� ���� `�''*j� $���dissolved inorganic aqueous species. The ����@�������#������������#!/�������$�����slop98.dat and spec02.dat databases (see Wolery, 2004 for details). Data for Fe-ser-!�����[����@�#���[��������������������&���$��"�<�����"�����|����`��!����j���#�-���������������"!���������$����� �E�, MgSO4o�$��"�`<�����"[��FFFj���������as aqueous Al complex data from Tagirov and Schott (2001). The data base consists of standard-state thermodynamic param-�����[� <���]X����B� ���$Q�����[� ����equation of state parameters for miner-

Figure 2. Schematic representation of the rationale behind using titration models to describe metaso-"���� !��������� `"��Q��� $��"� ����[� �''*j�� � is the reaction progress and ranges from zero at the �������$� ������������!����������%#����"!����������� ����������� @B� �W������� !��������� ��� �� ������ ��������� �"�#��� �$� ���&� ���� @���� �������� ���� ����%#�[� ����� ���� ��#�@������ ���� ���� ���&� �������A titration model is appropriate in assessing the qualitative phase relations developing either in an ��V���V�� ��/"�� `����/� �� %#�� %��� !���j� ��� �� ���$$#�V����/"�[����������������&�@��B����B�$��"��� %#��Q����� Q��#��� `+j� ��� ���B� $��"� ���� @�#��-��B�������������/��#������������������W�������%#��composition (B).

Table 2.��V��V����$���������!����"�����

���#����� Reacting solid ������/�%#� Temperature }����]���&����� Ç

1 Peridotite ������� ��]�FF�; 1 0 to 1 (T)2 Peridotite ������� ��]�FF�; 1 0 to 1 (T)3 Peridotite ������� ��]EFF�; 1 0 to 1 (T)1a Plagioclase Fluid 1 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j2a Plagioclase Fluid 2 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j3a Plagioclase Fluid 3 EFF�; Á�����FFF F������`}U�j1b ���!B��W��� Fluid 1 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j2b ���!B��W��� Fluid 2 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j3b ���!B��W��� Fluid 3 EFF�; Á�����FFF F������`}U�j1c Gabbro Fluid 1 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j2c Gabbro Fluid 2 �FF�; Á�����FFF F������`}U�j3c Gabbro Fluid 3 EFF�; Á�����FFF F������`}U�j1c‘ Gabbro Fluid 1 �FF�; Á�����F F������`}U�j2c‘ Gabbro Fluid 2 �FF�; Á�����F F������`}U�j3c‘ Gabbro Fluid 3 EFF�; Á�����F F������`}U�j

��= 0

��= 0

��= 1

��= 0 ��= 1

��= 1

Page 132: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

124

���������� ����������������

als and aqueous species that are used to ��"!#�����#�@�#"����������� `{�/�X�j�for temperatures and pressures up to 1000 ;� ���� �FF� <��� `�������� ��� ���[� �''�j��We calculated equilibrium constants for 50 MPa and temperatures from 0 to 400 ;������;�����"������������"@�������/�X�����@����$���#�������_��U���L�����"-!#���������_��U���������%#���!�����������"���������#@��B�����#���������������as reaction path geochemical modeling of %#�]���&� ��������� `}����B� ���� ����&[�2003). We used the B-dot equation for ����#��������$����V�B����$Q�������$���-���V��� ���/���� �!����� ���� |����� �����W������� ^�@B�]Y��&��� !���"����� �������� ��� ����� ����� ��"����� $��"�}����B�`�FFEj�� ^����V��� ��#����� �!����� ��������/���� �� #��B� ���V�B� ���$Q����[� �W-��!�����!�����/����#���!����[�$���������2����V�B����$Q������$��"�̂ �#""����`�':�j������#���� Solid solutions are included in the

models for many minerals, assuming an ideal molecular mixing model. The solid solu-�������"!��������$������/�"�������`���"�"@���jN����!������`���B�����[�/��������[�amesite), talc-ss (talc, minnesotaite), brucite (Mg-brucite, Fe-brucite), olivine (forsterite, fayalite), orthopyroxene (enstatite, ferrosilite), clinopyroxene (diopside, hedenbergite), plagioclase (albite, anorthite), tremolite (tremolite, Fe-actinolite), garnet (grossular, an-������j[��!��������`����C����[��!������2FeAl2Si3O12(OH)), and chlorite (clinochlo-��[���!����j����������������!���������"!�@������"!���������V����</����'F������������"�������#���������"��������"����������$�������������B����������#����������"��-���������!����������!������/��#!�"������[�@#�������$$�������@���������������"��B��"��!��!�������$����B�����������C����������V���`_V���[��FFE������������|����[��FF*j�����antigorite is rare in oceanic serpentinites. The garnet phase in rodingites is commonly hy-drogrossular. Having [(OH)4]E� substituted for [SiO4]E�[��B���/����#������#���@���W!���-������$��"������"��������������������V���������/����#�����L������&��$�����"��B��"�������$�������&��������"!�������������!��"��#��������#������B���/����#������������#-

Table 3. Composition of peridotite starting material

Minerals wt. % composition

Olivine 77 Fo90

Orthopyroxene 18 En90

Clinopyroxene 3 Di90

Spinel 2 pure

Oxides wt.%

SiO2 45.24

Al2O3 0.91

MgO 44.02

FeO 8.77

CaO 1.06

Composition of gabbro starting material

Minerals wt. % composition

Plagioclase 50 An80

Clinopyroxene 50 Di85En8.5CaTs6.5

Oxides wt. %

SiO2 50.61

Al2O3 18.09

MgO 7.79

FeO 1.39

CaO 20.83

Na2O 1.18

Page 133: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

125

4.2. Method

�������#��"���������#��������Y���V��[�hydrogrossular in most rodingites has ���B��]�������Y2O (Honnorez and Kirst, �'*��� ������� ��� ���[� �':'�� ��Y����B� ���al., 1992), so that the uncertainties intro-�#����@B��"���/�����&��������"!������in the calculations are probably minor. {&����[� ������ �� �������� �$� V��B� ����silica activities (vesuvianite and xonotite) are also not considered in the model, al-though both are not uncommon in rodin-/����� �#�� "������ ������ ���&� �����#������������W���"��B�������������V�B������$�������������!�������L�����"�&����"!�-������ `�L�j� �� ����!B��W���� ����� ����considered explicitly in a solid solution model. Instead, clinopyroxene used in the �������� !���� "������ ���� ������ ��� �!�-�������������`�$��}����B���������&[��FF�j�so that the presence of several mol. % of �L��������!B��W������#���@������#�����for. Minerals suppressed during the models of rodingitization comprise an-dalusite, antigorite, boehmite, corundum, diaspore, dolomite, gibbsite, huntite, hy-���WB���!�C[�&������[�&B����[���������[�magnesite, margarite, monticellite, para-gonite, pyrophyllite, and sillimanite. Also �#!!������� ���� ���� ���#����� �$� �#�$����and carbonate by dihydrogen. Suppressing reactions that are not usually observed is a common practice in examining metastable equilibria (e.g., Palandri and Reed, 2004). �����������[��@�V���FF�;����/���������brucite should form instead of chrysotile, ���������"������@���!�����̀ _V���[��FFEj��

Figure 3. Results of reaction path model calculations, in which 1 kg of harzburgite (Table 2) was reacted with 1 kg of seawater at temperature between 25 °C and 400 °C. Shown are: (A) variations in the compo-����������\��������'��� ���������� �������������system, and (C) composition of solid solutions.

Page 134: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

126

Y���V��[������$Q��B��$��������B������¤����/�������@�#���������������"������"!�������������$Q��B��$����!������!���!������������������#��������B������#��������/�/@���� }��&�/���� �������#"!���� ����� ����/�C������������!����C����� ��&��!����������"!������#��B[�����$������/��!!��������#��������"#���������/�C�������������N�}������#�����������!��������$���&/��$����������������;�#��/�_�������������[�#��/�_��[��������#�������������#�����!!����������%#�����������������������&/��$�!����-����������������!�������"#������[����������]���&��B���"��������������������`�j��FF�;[�`�j��FF�;[�����`�j�EFF�;���@������B�����F�<����}�����������#�������������!!��������������%#��������������!��/�������`+�:Fj[�����!B��W����`^:�_�:���L����j[�������"�����/�@@���`�F���!��/������[��F�������!B��W�����L�@����j[�����/���!��������������������/��"�#�����$����&������������QW����"�#����$�%#���<��������#���������W�"��������/�������������!����#��/�����!��/�����V���@���`Çj[����������$#�������$���"!���-�#���������Q���������$�����#������������$#�������$�������������&��������������������L���������������&����������������������/�������������!��������������/�B�"�������&�"�������V��V�������������#�����������/�������QW����"�#����$�%#��`��&/j��L������������for using this type of titration model for metasomatic processes is provided in Fig. 2 (cf. ����[��''*j�����"�����"���"[�����%#����"!�������������@�#����B��$������B���"�������@B��W�������!���������̀ Ç�¤�Fj��+��B�$��"������@�#����B[�����������/���%���!��������"!�B����� �������/��������� ��� ����@�#����B[� ����%#����"!������ ��@#$$�����@B� ������������������������&�`Ç�¤��j�

4.3. Results

4.3.1. Reaction path models

� +��������$������������!����"���������������#������`L�@����j��L���Q��������������#-�������������"�������"#����/�����/����������$�%#�����������/�����!��������̀ L�@����j�����FF�;[��FF�;[�����EFF�;��L�����%#���������������������������/�!��/������[�clinopyroxene, and gabbro (Table 3) to simulate the interaction of gabbro and gabbroic ��"!�����������%#��!���#����@B���������������!�������������"!����#�����$��FF�;[��FF�;[�����EFF�;�`�/���E]�j��������������������"�����[��FF�/��$�/�@@����������������������&/��$�%#��$��"�����!�������]���������"���������W�"�����������"��������W���-����%#����������/V�����B���������������&���������`�/��*j�

Page 135: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

127

4.3. Results

Fig

ure

4.

Res

ults

of

pl

agio

clas

e tit

ratio

n �

��

�*�

����

��

���

-tio

n pr

ogre

ss i

n te

rms

of

plag

iocl

ase

adde

d,

��

��

����

���

��

���

1 g

of p

lagi

ocla

se a

dd-

���

����

����

�\��

�*��

��

���

����

\���

����

����

-tio

ns

wer

e ca

lcul

ated

in

rea

ctio

n pa

th m

od-

els

depi

cted

in

Fig.

1.

Tem

pera

ture

s ar

e 20

0 °C

(pa

nels

A–C

), 3

00

°C

(pan

els

D–F

) an

d 40

0 °C

(p

anel

s G

–I).

T

he

uppe

r th

ree

pan-

els

plot

the

cha

nges

in

\���

���

���

����

����

�pl

agio

clas

e is

ad

ded,

th

e m

iddl

e th

ree

pane

ls

show

th

e eq

uilib

rium

m

iner

al

asse

mbl

ages

, an

d th

e lo

wer

th

ree

pane

ls

indi

cate

th

e so

lid s

olut

ion

com

po-

sitio

ns.

Page 136: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

128

Fig

ure

5.

Res

ults

of

cl

inop

yrox

ene

titra

tion

mod

els.

Ç

is

the

reac

-tio

n pr

ogre

ss

in

term

s of

clin

opyr

oxen

e ad

ded,

w

here

�=

1 r

epre

sent

s 1

g of

clin

opyr

oxen

e ad

d-�

���

����

����

\���

*��

��

���

����

\���

���

���

��-

tions

wer

e ca

lcul

ated

in

reac

tion

path

mod

els

de-

pict

ed in

Fig

. 2. T

empe

r-at

ures

are

200

°C

(pa

nels

A

–C),

30

0 °C

(p

anel

s D

–F)

and

400

°C (

pan-

els

G–I

). T

he u

pper

thre

e pa

nels

plo

t th

e ch

ange

s ��

�\��

����

���

����

����

�cl

inop

yrox

ene

is a

dded

, th

e m

iddl

e th

ree

pane

ls

show

th

e eq

uilib

rium

m

iner

al

asse

mbl

ages

, an

d th

e lo

wer

thr

ee p

an-

els

indi

cate

the

sol

id s

o-lu

tion

com

posi

tions

.

Page 137: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

129

4.3. Results

Fig

ure

6. R

esul

ts o

f ga

b-br

o tit

ratio

n m

odel

s. Ç

is

the

reac

tion

prog

ress

in

term

s of

gab

bro

adde

d,

whe

re Ç

�= 1

rep

rese

nts

1 g

of g

abbr

o ad

ded

to 1

kg

���\

���*

���

���

���

��\�

���

com

posi

tions

w

ere

cal-

cula

ted

in r

eact

ion

path

m

odel

s de

pict

ed i

n Fi

g.

2. T

empe

ratu

res

are

200

°C (

pane

ls A

–C),

300

°C

(p

anel

s D

–F)

and

400

°C

(pan

els

G–I

).

The

up

-pe

r th

ree

pane

ls p

lot

the

����

���

���\

����

���

��-

sitio

n as

gab

bro

is a

dded

, th

e m

iddl

e th

ree

pane

ls

show

th

e eq

uilib

rium

m

iner

al a

ssem

blag

es, a

nd

the

low

er th

ree

pane

ls in

-di

cate

the

sol

id s

olut

ion

com

posi

tions

.

Page 138: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

130

Fig

ure

7. R

esul

ts o

f ga

b-br

o tit

ratio

n m

odel

s. Ç

is

the

reac

tion

prog

ress

in

te

rms

of

gabb

ro

adde

d,

whe

re

�=

1

repr

esen

ts

100

g of

ga

bbro

ad

ded

���

����

���\

���*

���

����

-gr

ams

star

t in

the

left

with

1

g of

gab

bro

adde

d (L

og

��

�$

�'�

����

���

���

�an

exte

nsio

n of

Fig

. 5

to

��

��

\���

����

����

���*

��

���

��

����

\���

����

��-

sitio

ns w

ere

calc

ulat

ed i

n re

actio

n pa

th m

odel

s de

-pi

cted

in F

ig. 2

. Tem

pera

-tu

res

are

200

°C (

pane

ls

A–C

), 3

00 °

C (

pane

ls D

–F)

and

400

°C

(pa

nels

G–

I). T

he u

pper

thre

e pa

nels

��

���

����

���

��\�

���

com

posi

tion

as g

abbr

o is

ad

ded,

th

e m

iddl

e th

ree

pane

ls s

how

the

equi

libri

-um

min

eral

ass

embl

ages

, an

d th

e lo

wer

thre

e pa

nels

in

dica

te th

e so

lid s

olut

ion

com

posi

tions

.

Page 139: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

131

4.3. Results

����������������� L������#�����$�����#���������������!��������/���������"���$�%#����"!�����[����&���"!�����[�����"��������������#������"!�������+��EFF�;[�!B��W�����������-!������@B����!�������������"����[��������V��������@����̂ �!����/��������������/���"-position of the solid reactant, talc may also form. With decreasing temperature, a number �$�����/��������������%#����"!����������!�������������&��!������+���:��;[�������-��B�����!B��W������!���������"���������[����#��[�����!������@B��������������/�����������"!����#����@������*��;��+����������!����/���!����������������/���"!����#������������@����!��������@B�����������|�����`�FF*j��}�����������������������������$��"������!������!���#"������!��V���"������@�B�`�$��<�����"�����|���[���!����j�����������/�Q�����B��$$����������"!�������$����!����C�����%#����L���%#��!Y���!�����������@�����#�����#�����`!Y�¤����[�!XW����EFF�;��������j����������"�#����$������V������������������������$���""��U&/�`"<j�������������������$�����%#������!�����������@���/��(35 – 40 mM) throughout the entire temperature range. In contrast, Si concentrations of ����%#�����!�"��&���B�������������/���"!����#����L������!��$� ��������������@B���������������$���V���������!������@���������F;������'F�;[����� ���"�����������L�±���F�;�@���#����� ������@B��������!�����]@�#��������"@��/�[�@#$$���/�������#��#�������activity [aSiO2`��j°��������V��#����+�� �����������������������[�!Y�������������*�:�����FF�;�����������!XW��$������������F'��L���%#���������@���"��"������&�����������-������/���"!����#��[�$��"�F�����/�#�����@�V����#�����B����EFF�;����������/�#�����@�V����#�����B�����FF�;[����������/�#�����@�V����#�����B�����FF�;�����������"����"!����#������/�[�������#�@�#"����������`{�/�Xj�$�������������������������` �2(aq) + H2��¤�HSiO3

� + H+j�����������$��"��F�F����:�*[�����������!���!Y������������������ �2(aq) ���V�B��$�����%#���V���"����������W!�������@B��������!��� ����������������!��������/�����+����������#����[�������"!�������$�%#���!���#�����#��/�!�������]����������������� �������/�B� ��"!����#�����!��������������/��� $��"���&����[� ����� �2(aq) at �FF�;�������#"��#����[�"��������� �2`��j����EFF�;[��������V�/��/�����������������#/��#���</�����������������#/��B�$�������������$� [�����+���������������!�����������@����������#/��#��`±���´<j��<��������"!�����������"�/�����[��W��!��$���@�#���[������@���"����/�Q�����B�"����$������������"!����#�������������

Reaction of plagioclase� ���#�����$�!��/������]%#���������������FF�;[��FF�;[�����EFF�;�������!��B������/��E��}����������/���������!��/�����Ç��������#������$�"�������$��"�����/������������!B��W����£�/��������!�������£�!����������!��������£��!����������!��/�����������FF�;��L�����������������"�����������������������%������������!���������V��#�����$� �������������������!���������V�B��$�����%#���|������������������/�����������@���

Page 140: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

132

@#������������!��B����/������/V�����B����!��������+����������������� ��������������and aH+���&���!����������!�����������!������@B��!���������+���������������������/��������� �������������������"����Ç[�@#�������������V����������������������V���������"����reactant plagioclase is added in the model. Secondary plagioclase is predicted to appear ���������������"�����������"!������������������������!��/��������L���"�����$#������suggests that garnet and epidote-ss are close to the Al-endmembers in composition, and clinopyroxene is diopsidic.� +���FF�;[������W!�����������������#�����������!B��W������/������£�/���������!��������£��!����������!��/��������+/��� ��������������������Y+ co-evolve to �/����V��#��������������/�Ç[���������@//��������������&�/�!�����������/��������-appears and secondary plagioclase appears. Al and Si concentrations are similar to each �����[�������������V����������V�����������������"�������������������!��������FF�;�����#������"��������"!�����������������"��������������#�����$������FF�;��#�[�@#�����-�����B�!��/�������������"����������������������������!��/�������� L���!�����������#������$���������B�"����������EFF�;�����������£�!��/�������+ chlorite. There are subtle but steady increases in Si concentration and proton activity. +��������������������!�����������@������������� �������������������#/��#���+��������������"!����#���[�+������ ���������������������/�Ç[�@#�����������V���������������/������������FF�;�� �������B�!��/��������!!��������������������������!����"��������EFF�;�����������������"!����#�����+����Ç��$�F��[�����!����������������B�"����������"@��/����$���$��"�/����������FF�;����/���������!������������FF�;���������������EFF�;�

=��������,���������+���� ���#�����$�����!B��W���]%#����������!����"�������������������/�����+���FF�;������FF�;������W!��������������B�"������/B���#�$��"�B�����!B��W��������/��-�����+��@������"!����#���[� ��������������������#�$��"���������[������+�����������-���������!���������V��������������+��������!��/������]%#����������!����"�����[�����!�������������V������/�����%#����"!�����������/������������FF�;�� +��EFF�;[���������#���������#������$���������B�"���������"��&���B��$$�����N����"�������"�/�������� ��������£�����!B��W������ ���"�������"�/�������� ���������|����!Y�����+�������������������������� ����%#�[������ �������������������������L�������#��������������B�"��������"!�����������"�/�����[������#@��������������������������������������/�Ç�

Reaction of gabbro� ���#�����$�/�@@��]%#����������!����"������������!��B������/���������*��L���������������&�����������������#����������������/��������������"�����������!��V�#��

Page 141: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

133

4.3. Results

Figure 8. Temperature–activity diagram showing phase relations in the system SiO2–MgO–H2O (blue dashed lines) and selected univariant reaction lines for the system SiO2–Al2O3–MgO–CaO–H2O. Miner-� ����������������������_���X]Y'*��>'�������<�������� ������ �������� ����� �<�� �������tremolite controls aCa2+, while the red lines are for reactions in which aCa2+ is controlled by reactions involving diopside. Magnesium activities in both cases are controlled by clinochlore. The black horizontal lines with dots mark the evolution of silica activities in the reaction path models with the labels on dots represent the log W/R. The lower panel (B) plots the stable parts of reaction lines for reactions that are ap-parent from the results of the reaction path models. The thin lines are the reactions predicted by the model to take place at higher Ç, while the thick lines represent reactions predicted to run at lower Ç (cf. Fig. 7). Reactions plotted are: R1: 10 anorthite+tremolite + 6 H2O= 7 SiO2(aq) + 6 clinozoisite+clinochlore; R2: 4 clinozoisite+tremolite + 6 H2O = 2 SiO2(aq) + 5 prehnite+clinochlore; R3: 3 prehnite + 5 diopside = 3 gros-sular + tremolite + 2 SiO2(aq) + 2 H2O; R4: 6 clinozoisite + 25 diopside + 2 H2O = 9 grossular + 5 tremolite + SiO2(aq); R5: 19 anorthite + 5 diopside + 10 H2O = 12 clinozoisite + clinochlore + 9 SiO2(aq); R6: 19 prehnite + 2 clinochlore = 14 clinozoisite + 10 diopside + SiO2(aq) + 20 H2O; R7: 5 prehnite + tremolite = 4 grossular + clinochlore + 8 SiO2(aq) + 2 H2O; R8: 25 diopside + 16 clinozoisite + 12 H2O = 19 grossular + 5 clinochlore + 26 SiO2(aq); R9: 5 diopside + 9 anorthite + 4 H2O = 6 clinozoisite + tremolite + 2 SiO2(aq); R10: 9 prehnite + 2 tremolite = 10 diopside + 6 clinozoisite + 5 SiO2(aq) + 8 H2O; R11: 6 clinozoisite + 19 tremolite + 14 H2O = 50 diopside + 9 clinochlore + 43 SiO2(aq); R12: 3 prehnite + 7 tremolite + 2 H2O = 20 diopside + 3 clinochlore + 16 SiO2(aq); R13: 5 diopside + 8 prehnite = 7 grossular + clinochlore + 10 SiO2(aq) + 4 H2O.

Page 142: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

134

"������ `�/���E� �����j��L��� ���#������$� ��������B�"������ ����"@��/�������FF� ;� ������!B��W������/������£�����!B��W������/����������������£�����!B��W������/������������������!�������£�����!B��W������!����������������������"������������ ����-������������������[�@#�����B�������������!�B���������������@���"������@���� ��!!������$$���V��B�@#$$�����������!���������!������/��������������������/�����������"��������������"����������"@��/���L���#/��#������"������#�[��������#������"������&�����`!Y�*]:j��}����������/�Ç[�/������@���"�����������������/����#������"!����������-����@���"���"����$������[����������!B��W�����������"���������"�/����������#/��#���� +���FF�;[���������#������"������/����������������������!B��W����`��/�����j�£�/������`������!B��W���[����������j�£�����!B��W�������!��������`���������[���/��-

Figure 9. Activity–activity diagram showing the phase relations in the CaO–MgO–SiO2–H2O system (dashed lines) speciated over the phase relations in the CaO–Al2O3–MgO–SiO2–H2O system (solid lines). >�Y??��������#?��[��������������������������������������������������������������\�����at high pH and low SiO2. Gabbro (cf. Table 3) is predicted to form tremolite–albite–clinozoisite–quartz �����������\����������� �������2+/a2H+) of about 7.1 and log aSiO2����$�*X*�>��������_�����\����encountering gabbro will start at the serpentine-brucite-diopside invariant point and develop along the long-dashed line towards equilibration with gabbro. Along much of its path it will make rodingite (diop-������� ����������� ��'*�������������\������������������ ���������� ������������������� ��not make rodingite along its evolution to equilibration with gabbro (short-dashed line).

Page 143: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

135

4.3. Results

���j����������������$� �����!���������V�B����������#@��B������B[��������"������-�������+��������������������$���B������B����#���F���"<�����!B��W�����������"���������"�/�����[���������/���������������/�������������©Al in the course of the model run. � +��$$������!��#���!������������$����EFF�;[�����������!����������������B�"�-�����/B���������B���"������@B�������������B���[�������!����������"������������Q������������$�����"������#���L�������#���������#���������������£������������!��������������!B��W����£������������!��������������!B��W���������"������</���������������and aH+��$�����"�����%#�����!�����������!B��W���������!���������!!���[����� �����Al concentrations increase continuously. The secondary minerals are magnesian, epidote-�����$������������B�@#����V���!����������"��������C�����������"!���������������-tion progress.� �/��*�!�����������#�����$�%#�]"��������#�@�#"�����#�������#�����"�������&���"���������������`}U��$��"��FFF�����Fj��L�������#������������������W���������!��-V�#��B�!�������������������������������"@��/�������%#����"!����������/��*������-�!�����������Q������"!����������/�����L���������#������������������������!��������������������$��"���V���"���������������/�C�������&���!����������������"��$�����"������""����B�������"�������������!���#��/�/�����������_$$���V��B[��������������������&�����������!��������%#����"!��������������B������������@B������������&�/�!������������� /�@@���� "������À���� "�"��B� �$� ������� ��������� ���� #����"�Q�� ���&� ���� @�����!����#���L���"��������#����!������������/���������*�������#��@��V����������!������-�/�������%#�]���&���#�@��������������/���������$��"�����/�@@��U#����"�Q�����&�����������������/�@@���@��B��+�������������[�����%#����������B������������@B����������

Table 4.�������������������������������������������������\�����|�� ������������different mineral assemblages at 300 °C and 50 MPa

Srp–Di–Brc Srp–Tr–Tlc Tr–Ab–Czo–Qtz

pH 7.31 5.81 5.30

��� 12.5 11.2 27.4

Ca2+ 1.51 1.55 3.82

CaCl+ 8.62 8.86 21.69

CaCl2(aq) 0.74 0.76 1.84

CaOH+ 1.58 0.01 0.04

��� 0.0174 1.214 11.4

SiO2(aq) 0.0163 1.212 11.4

HSiO3$ 0.0006 0.001 <0.01

NaHSiO3 0.0005 0.001 <0.01

Log aSiO2 $=*!X $�*X� $�*X=

Log (aCa2+/a2H+) 10.73 7.74 7.11

��������������������� ���*�>����<��������������*?�������{2 and 0.085 for Ca2+.

Page 144: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

���������� ����������������

136

����#����"�Q�����&[����B�$��"��������-�����À����[����Ç����������À������$$�����$���������� ���� /�@@���� ���&� ��"������%#����"!�������� +���FF�;[���������#��������������B�"����������"@��/������������$������/��V��#���� ���� �������/� ÇN� !������� ������!B��W���� �� �������� £� !������� ������!B��W���������������� ���"�����£�prehnite + tremolite + chlorite + talc + plagioclase. Si concentrations are pre-���������@�����������B[�����������!B-roxene is stable, and then to increase to values close to quartz saturation (satura-���� ���W� {�/� �UX� ¤� �F���� ��� }U�� ¤�10). Mg concentrations and proton activ-����������"����!���������$�����������the course of the model run. In contrast, +�����������������������������������"-bined effect that silica concentrations ex-������������$�+��@B�"���������������������$�"�/��#������}U��±��FF�����#����������������"!��������©Mg ��F�*�[������other Fe–Mg phases are predicted to be more magnesian. Secondary plagioclase is albitic in composition (An~5 mol%).� L����W!���������#���������FF�;�������!B��W�������!������������������£�clinopyroxene + epidote-ss + tremolite £� ����!B��W���� �� �!�������� �� ���"�-������!�������£��!���������� ���"������� !������� £� �!�������� �� ���"����� ��prehnite + plagioclase. Mg concentrations and pH remain fairly constant throughout �����#��� �����������������������������steps and plateau close to quartz satura-�����������}U��`{�/��UX¤�F�������}U

Figure 10. Summary of the mineralogical changes within a gabbro dike away from the contact with a pe-ridotite undergoing serpentinization at 200 °C (A), 300 °C (B), and 400 °C (C). At Ç���?����\���������� <�controlled by serpentinization reactions (W/R = 105). At Ç = 1 the W/R is 103, and at Ç = 2 it is 10. The min-eralogical succession is discussed in detail in the text. The dominant reactions in the order of decreasing Ç, i.e., with decreasing distance to the gabbro/peridotite

contact, are (A) = 200 °C: tremolite + prehnite £ di-opside + chlorite, (B) = 300 °C: prehnite + tremolite

£ cpx + epidote-ss £ garnet + chlorite, and (C) =

400 °C: plagioclase + clinopyroxene £ epidote-ss +

tremolite £ chlorite + clinopyroxene.

Page 145: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

137

4.3. Results

�¤�Fj��}����������]</�!����������"�/����������#/��#�[��!�������� �����!���[�����secondary plagioclase is intermediate in composition (An 62 – 64 mol. %).� +��EFF�;[� ����!��/����V��"������/��������/������N��!�������������"�����������!B��W����£��!�������������"�����������!B��W������!��/��������{&��������������temperature runs, Si concentrations are predicted to increase initially and then plateau, @#���#���C���"����#�������#������`{�/��UX�¤��F�E�����}U��¤��Fj����EFF�;�����������������"!����#�������������������$�@����+������</������������"�����[�������Y+ increases ��/���B�����#��������������B�"��������"!�����������"�/�������������[� ���"����[���������!B��W���[�������������!������������©~� from 0.7 to 0.8 and calcic secondary plagioclase (An ~ 80 mol. %).

4.3.2. Phase diagrams

� �"!������V���W�"��������$�����!�����!������/������!������$�����/��������"�������/������V��@��������#�����@�$����`���"��[��'�*�������[��'*���_V���[��'**�����[��':�����Y����B�������[��''���{�������[��FFE������������|����[��FF*j�����������������V�����@�B�����������!���$�����!�!����L���!�������/��"����/��:���!��������[�@�-cause it helps understanding the results of the reaction path models presented in Section ����� ������������������!�������������� �� �����B���"����]</�]+�2O3–SiO2–H2O and MgO–SiO2–H2O (blue dashed lines) as a function of temperature and silica activity. The <+ Y�!����� �����������!����� ���/�� :+���V�� ���� ����� �$� ����!�B� ���!��� ���������#�V��[�������!�������/�����������#��`��[���j[�������������!�������/���������C����U!��������#�����������`��U�E[��*U�:j��L����������������������������������V�B��$�������������/�%#���������}U���L��������������������������V��#�����$���������V�B�����%#����������/�����!����������������#�����$���������/���"!����#�������!�������]%#����������[�������������V�����$�����%#������$������������V��]���!�������������-pentine–brucite boundaries and actually deviate from the boundaries into the serpentine Q�������@�#����@���"���"����$����������������"!����#����`�/���j���V���������"!���-�#������/��@��������FF�����EFF�;[������$$����������������������V����@�������%#�������������� @B� ��������� ���� !�������� ���� ������ ����������� @B� ��������� ���� /�@@�����������"��&���B������"!����#��������������L�������%���������������#�����$�������������!����"������!����������/��:����@���&�@���[���!�������/��������/���$���������V������"-!#����������#��������������#/������`�$��L�@����j[��������������"��&�/����V�������/V���}U��̀ ����/�#���j��L���%#�����������������������@B��������������/�@@�����V���/����������V�����#���@������#���C����#������`�$�� ����������Ej��L�����"������]+��������������@��������������EFF�;[��!������������FF�;�����!�����������FF�;��L������������

Page 146: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

138

���������� ����������������

$��"�!�����������!��������������������FF�;�"������#��`�$���/���j�����@������#�����$���@B�����!���V�����!���$����������������+��������"!����#���[��������������!�����#��#��silica activity is most pronounced, garnet and clinopyroxene may form in interactions ����%#��������������@B����!����C�������������� The most relevant reactions indicated by the results of the reaction path models ����!����������/��:|��L������������������'�����������EFF�;[����������:������F�����FF�;[����� �����������������������FF�;��<��B��$� ���� ������������V����/� ���"����� �����!������������C����U!����������/����#����������<+ Y��B���"�!�����������������talc–serpentine boundary in the MSH system in T-aSiO2(aq) space.� +�!�������/��"� ������/�"������ ���@��B� ����%#�� ���V�����$��2+, H+, and SiO2`��j�����FF�;������F�<��������������/��'��L����������������V������!����������"�B�@#$$�����2+U�2H+ and aSiO2`��j��������!����C�����%#�����#���������������/�@-@���������V��V��B�V���@��� ���#������!����/���������� ���� �����%#�� ��@#$$�����������#���[�@#$$�����@B���!���[����!�����[�����@�#���������B[�����$��"���!��������������V��V������/�����/����#���]��������!�����@�#����B������������/�����/�@@����������-�����[�%#�����@#$$�����@B����"����[����!�����[������������������������/�@@���@B�"�&�/���������� ���"������+�� ����"������%#�� ����@#$$�����@B� ���"����]���!�����]��!����"�B�"�&����!��������/����#���[�@#������/���"#��������������/����$�����!���������%#�����+���/�����!���@��� ��������!����[� ��2+U�2H+ and aSiO2(aq) change, but the relative �������$��2+, H+, and SiO2`��j���/�������/���V�/�$�����$�����������������#�&������L���W�"���������#�[��!��������������#@��B�����#����������������#���������W�"��������$$������ �����!����������������� ����#@��B� �� ��%#���@#$$�����@B��$$������#����"�Q�� ���� "�Q�� ����"@��/��� `L�@��� Ej�� |���� ��2+U�2H+ and aSiO2(aq) differ by ��#/��B� ��������������$�"�/��#���@������� ������!���]@�#���]���!������#����"�Q��@#$$�������"@��/�������������"����]����C����]��@��]�#���C�"�Q��@#$$�������"@��/���L�������/������2+U�2H+[�����V��[�����"�����W��#�V��B��#����������$$���������!Y�`*���V���#�����j��|�������������������������2+����V����������"��&�@�B��"�����"��/�����buffer assemblages considered. These results indicate that rodingitization reactions can-����@����V���@B��$$�����������2+ activities. Instead, the differences in the activities of SiO2(aq) and H+ generate most of the thermodynamic driving force for rodingitization reactions to proceed.

4.4. Discussion

The reactions during serpentinization have been discussed in numerous recent �W!��"�����������������������#����`}��C������� ���&[��FFF��+��������� �B$���[��FF���

Page 147: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

139

4.4. Discussion

�B$����������[��FFE������������������[��FFE�� �B$����������[��FF*������������|����[��FF*��<�����"�����|���[���!����j������#�����!����C�����"��������#���������@������������Q���/������$#���������#������$��������!����C�����"���������!��V�����������#�-��/��������!����C�����"������"!�B����V�������!#�!�����$�!��V��/�#������%#��������are hypothesized to cause rodingitization in intercalated gabbroic material.

4.4.1. Modeling of rodingitization

� L���"��������#��������������������"@��/����B!�����$�����/���$��"������/�@-@����������������%#���/����������#��/����!����C���������FF�����FF�;��}��������%#�� ��"!������� ���� ����������� @B� ��������� ���� /�@@��� `���[� ��� Ç� £� �j[� �� �B!����greenschist-facies mineralogy is predicted to develop. In the geochemical models pre-��������� ����������[�������������!��/�����V���@���Ç�������������"#����$���"������������&�����@�����������������%#���+����/�Ç����������$��"�������F[�������������&�������`��/�}U�j����������$��"��������`�/���E]�j�����$��"�����������/��*���$���#���[��#����/��������������&� ������ ���� !�B�����B� #��������@��� $��� �� ���!����C����]����/�C������B���"�� ��!��������$��"��$$������!������$����������������������!��B�#�$��"�B�����������������&����������"�����$��"�������!��"����@������[��B!����B�@������F�`+/�����������[��''���+/�����������[��''��������\�����������[��''�@��+/��������������[��''*��+���������[��FF*j�������/��������WB/��������B���/�������!����"!�������$�"�������������/�����#//�������B���V�����������������W��!������B����/��V��#"����$�%#������%#����$����$$��������/���������#���`�����\�����������[��''�@j��������"���$�/�����"��������"��B��"��[��/��}U��������"�����������"�����$����&��������������V��B����/��!�����$�%#���������������������@B��W�������!���������`�$������[��''*j���������!��������W�"!��[������W����������������$�%#����"!�����������������@��������������������!�������������������������/�@@����&���������/��V��#"��@���&��$�!����������$�@����#����/���B-�������"������������[�����/�@@����&���������������%#�������[���������������[��������"-����B�@#$$�����@B��������������!������������B������"����������$��"���������������������/�@@�����������%#���@���$$������@B��������������/�@@���#!������!������������������"���B� ����"!�����B��������L�����������!��/�����V���@���Ç����#����������������@��V����������!��WB�$���������������$��"�����/�@@���!������������������������/�@@���`�$��Fig. 2).� +���V��V����$���������#������"������/��������/����������/�@@��������$#�������$����!��W"�B������������������������!�������������������/��F[������������@#��������$�"��������������������������!���#��������"��C�������FF�������+�!������]���"�-���]�������]!��/�����������"@��/��$��"�/�����/��Ç�����FF�;�`�/���F+j���!��������

Page 148: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

140

���������� ����������������

���@����!������@B�!������]����!B��W���]������������Q����B��������]����!B��W�������the distance to the contact diminishes. At all three temperatures the predicted number of !����������������������������������L���"������!�����������������$��"����EFF�;[�����-!B��W��������FF�;[���������!B��W������/����������FF�;�� +���FF�;�`�/���F|j[���������#����������}U������"@��/���N�!������[����"����[��!�������[� ����!��/��������}�����������/�Ç[� ���"���������!�����������!�������� ���become replaced by epidote-ss and clinopyroxene. Proximal to the contact, epidote-ss ��������!B��W����/V����B����/�����������������[������������!������@B�����!B��W����at the contact.� +��EFF�;������/��Ç�`���[�����������%#����"!������������@B��������������/�@@��j[�!��/���������������!B��W�������W����������������������"������+��Ç�������������������"@��/����!���������������/������!���������������"�����`�/���Fj��+!!�����-�/�������������̀ Ç�£�Fj[��!���������������"�����/V����B������������������������B�����-!B��W��������Q����B����"���"����������������\����������!���������������!�����������$��"����EFF�;�� ����#""��B[�������"�����!������������������������������$���������/�Ç[����[�������������/����������������/�@@��U!���������������[�����!��/�������������!B��W����£��!�������������"�����£���������������!B��W�������EFF�;[�!������������"�����£�����!B��W�������!��������£�/��������������������FF�;[��������"�������!�������£�����!B��W������������������FF�;� We suggest that our simulations provide valuable information on the sequences �$�"����������"@��/�����V���!�/����������������@�������/�@@�������!��������������������/�@@��[���������������������������/�@@�����������������������/�Ç��|���#����#���"#���������������V�&��!�B����������!���[�Ç�����������������������������|#�������#��-���V��!�����������������������"�Q�]#����"�Q��@�#����B�����@�����������������"!���������!����/��!����@���V������

������� ���,���������% �������� Gabbroic veins and screens from fracture zones on the equatorial Mid-Atlantic ��/�������/�������B����/���W�������$�����/�C�����`Y������C�����X���[��'*�j����-!���V�����#����������@������Q������������!�����C�����������B�$��"�V�����������������������!����"���������"!������L��������������#�����������@���@B�Y������C�����X����`�'*�j�$��"��@B���������/������V�����&�/��"����������������������#��������!������$��"���!����!�����������+��������/����������@�����`��/�[����"��[��'�*[� �������������[��':'j�����B��B!���������������&����������!����"�����$�!��/�������@B��!�����������!������[��������������������/����#�����L�����!����"�����$��!��������@B�!��������������observed. Honnorez and Kirst (1975) report of a large plagioclase grain terminated by a

Page 149: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

141

4.4. Discussion

!�������V���������������\��/����B�$��"�����!�������V��[������#�������@���V������$��-����/��#�������N��B���/����#����£�!����������B���/����#�������!��������£�!�����������@���£���!��/�����������@���£���!��/��������+��"����C���������!��������@B��#����������!����"�����$����FF�;������FF�;�`�/��Ej� Our model calculations support the petrographic interpretation that grossular-bear-ing rodingites form from epidote-rich ones as a metasomatic evolution sequence (Schandl ������[��':'��+�����������[��FF�j��L������&��$�/����#������������!�����V������$�!��/�����������������/�@@������B�$��"���������/�C�����$�����������������������������/�%#���������������/�B������������@B��������������/�@@��[�#!�����������B�������������!��-ity to produce rodingite. The extent of rodingitization does not just vary as a function of distance from the ������������!���������+�B���V���V��%#�������!����$��"�#����"�Q������"�Q��������-/���������#�������/�C������W�����/�$#��������������/�@@���@��B�������#�����$������-"�������\�@@��������������������"������!��������������Y����^��!������������W����B�this type of relation. The least altered samples are characterized by tremolite + chlorite + ��!������!��/���������!�����������"@��/��[��������!��������/�C��������!����������B���/����#������C�����������B�������Q��������������������������������$��"���������V���/�����V���!���`Y�&����������[��''��������\�����������[��''��j�� "����B[�/�@-@�������&������V�����$��"�����\������������#���~���������;��� ��������_�������Q�����������"������������������������������$��@#������!�������V���/�`|���#�������[��''�j����� ����\���������~�� ���&���B���/����#���� �� ���������� ��� ����������[� ���������V��� ����!������@B����!����������"�/������`|���#�������[��''�j��}������!��������Q���/������������#������$�������V��]���!�������������[������������������&��$����������@#$$������#��#����������V��#����������#/�����������/���������$��"��

4.4.2. The critical role of aqueous silica

Our model results highlight the critical importance silica activities play in rodin-gitization. That silica activity gradients play a role in the formation of rodingites and @���&�������������������������#����"�Q�����&�����@����!��!�����@�$�����|���B�`�'**j�noted that diffusion imposed chemical potential gradients mainly of silica and magne-�#"�/�V����"���������$�����������@�#��������$�#����"�Q��@������Y������C�����X����`�'*�j�!��!����������������!����"�����$�!�������@B��B���/����������!��"�����@B�����consumption of silica in the serpentinization reactions. Frost and Beard (2007) realized that the silica activity of brucite–serpentine equilibrium oversteps the reaction transform-�/����������������!�������/����#����������������������/#������������������������V-

Page 150: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

142

���������� ����������������

�����$����!����C�����%#���!��B���������������������/�C������L���!����������������!��B������#���/��:������@��������������!�����������/���������$��������������$��"��garnet, diopside or chlorite, the activities of aqueous silica set by brucite–serpentine equi-�@�#"�!��V�������"��B��"����V��$��������������������&��!������L����$$����������������"����!���������$���#��#���������/�������������"!����#����@������FF�]���F�;��+��higher temperatures, olivine is stable and brucite is absent. The aqueous silica activity �$�������V��]���!������@#$$�����������������/�B�������"!����#��[��������EFF�;������@�V�[�������������V�B�������/������������������/�C�������������������&��!�����`����F�<��j��+��������� �B$����`�FF�j�!��!����������%#���$��"����V�����!���������������B�������"����B���"������@#$$�����@B�!B��W���]����]���"����������"!����#����$�EFF�;��L���!����������������/��'�������������%#��������������@B�����]���"�������!Y[��[����� ��������"�&������/����}����#�������#������������/���$��"�����B����������������������!��������"�&��%#����/����!Y��������������������B�������#���%#�������#�����/�@@�������������@���"!�������"��B��"����V�/�$��������"�&������/���`�/��'j�

4.4.3. Mass transfer by diffusion or advection

� <�����"���������!����������&��!�����@B�%#��%������@B��$$#������V���@B����/�����V�B�/�������� `��/�[�X��C���&[� �'�:��L��"!���[��'*F��L��"!���[��'*E��|�&�������<�X��C�[��':*������B�����^!!��[��''�j[�������������������!!����������"�������@�#����B�"�����"���"��L����$$#�V��%#W��$����!�������������B�������������������"-����!��������/������[��������������!�������������/���������$$������������"����!��������is the one that diffuses most readily. Our model calculations (Figs. 4–7, Table 4) indicate �����������/�C�����������"!�����������/�����/���������$$�������������V�����$�������#��#���!�������������������"���$�X��C���&�`�'�:j[�����������!��$����B�"�@������"!������������"���$�L��"!����`�'*Fj�������X���"!�������L���"!������������������� ��������B�@#$$�����@B��W�������!��������� `����N����!����C����j����� ����� ������"�V��$����B����������!����%#����������B���"�� ���[����������������W�����������</�����+�[����������!����V�B�/�������[���!����#��������FF�;������FF�;�̀ �/���E�]�*j[�����"�B��������$$#��������������������������!����%#���$��������&�������������[�����/�����������������V�B��$���������%#�������W���"��B��"����`�/���E�]�*[�L�@���Ej��^$$#�V��"���������!�������$Q����[����}����������}��&�`�''*j���V����"�����������������"�/��C������$� �������"����!���������$� ����� ����#/����� �����������������/�����%#�� ��!���@����V������/����������������/�C���C����������B!����B�������������"�����`��/�[�L��B��[��'�������"��[��'�*��+#�����"����������V&[��FF:j���$������&����#��#�� �2 diffusivi-����$��������FF�]��FF�;���"!����#������/���$��F�: to 10�'m2 s���`}����������}��&[��''*j�

Page 151: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

143

4.4. Discussion

������!�����B��$�F����[������$$���V��@#�&�����@#�������$Q����[�/����/�����#���B[���10��� to 10��� m2 s����}��������$$#�V�B[�����/����/�����#���B������������&��������[������V���/���$$#�V�����������$���#��#�����������"�����]��F�&B���L������"������������easily matched by estimates for the minimal life span of peridotite-hosted hydrothermal systems (Früh-Green et al., 2003).

��8���� ����� �� �����#�!���/����#����$��#���V���/������������!!���������&��$����/��/�����������2+����V������!����%#������������"�Q�]#����"�Q����������` ���������j��L���Q���/����"����������������������!���������$���"�����"���"���V���@B�������%#���/����-������#��/����!����C�����̀ ��/�[����"��[��'�*��{�������[��FFEj��}���#//���������������-�#�����$��������#���#"����������������#��#���!��������$����L����!����������#������L�@���E�������������������Y+ species is three orders of magnitude more abundant in �/��!Y����!����C�����%#����������"��������!Y�%#��������������@B���������������/�@@����Y����[�"���������$����$���������������/�����!��@�@�B����������������$$#-�����$��B���W����"!��W����$��������������!��������������/������� It is popular to assign large mass transfers, such as involved in rodingitization, �����V�������$����/���"�#�����$�%#����$���"�����"���"�������/�C�����������#�B���#����@B�%#���Q�������[���������"�����$����������/���$��"��F�����������:�������`�$��L�@����j���#������#�����"�"#"�������������&�������$��FF[�$��������"�/�%#��������F�""��U&/���������#����#"!�����������������/����L���!��@��"��������/���-%#W����$���������������������%#�������������/���@���@������"�&������/���������������������`�FFEj���V������������[�����FF�;[�������������������!��@B�������������$�"�/-��#�������!Y�����������$��"�:����������������]!���������B���"���������������������&������� ��������$��"��� ����FF��+���������������� �������� ����������]!�������� �����$��"�������FF���#���@���������������������/�`��2+U�2H+j��$���������������%#���@B����������������/�#�����L���!�����������������/��'�������B���������������#���%#�����#�������@���@������!���#�������/����L���������������#//����������Q��������"�����"���"��������B�@��������������������%#�]"���������@��B�������������#�������"�&������/���$���������%#��������������@B�!�������]����������������������&�/�!������������������������&��������L�������!��#�@�����������$�������#��������������B��������#��/���/�����"���"��!��"����������%#��� ���������!�� ����#/��������������#��� `��/�[�}�������������V���[��':���§�����B�������[��''�j���������!��@��"���������������[�����"!���������#���@�����������/�����������������/������#���$������&���"���������!����C������B���"����""���������������������!��V��V�����#����$�����/�C�����"�&���������������W-���"��B�#��&��B�� }��!��!������������������V�������$� ���/���"�#�����$�������%#�����������-

Page 152: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

144

���������� ����������������

�#����������/�C������<�����&��B[�"���������$��������/��B��$$#����������"�������@B������/��������������/���������������� ��!������L���!���������������$����!���-�C����������"!����#�������#����FF�]��FF�;�������#������/�������/���V�/�$�����$���rodingitization. The thermodynamic constraints discussed here demonstrate that rodingi-�C�����`������"�����"���"j�����#��"����B���V���@B��������/��/����������!�������������#��#���������������"�����$�����%#�������������#��"������������!��������[������#/�����������������!����@���&����������"!����#����@������FF�;������������B�facilitate rodingite formation as suggested by Frost and Beard (2007).

9#9#9#�� ������������������ ������>�����������������

� L���"��������#���������W!����������"�����"����!����"�����@���V�����"�Q�]#����"�Q�� �������� C������L�"!����#��� �!!����� ��� ��V�� �� ���/�� �$$���� ��� ����!����� ��-��"@��/�������������������{�����/�����"������@B���!��������/������������""���������������������������V����������/����`��/�[�Y������C�����X���[��'*��� �������������[��':'���B�����������[��FF*j��������������V���������$����"���"�������@���#������B�����!�������������������/�������/�����$��#!�����#����������!���!�����`X��C���&[��'�:j��L���!���������$�"���"�����������������V���!�/��������@�#����B����EFF�;������F�<���"�B��W!���� ���� $��"������$� �������� $���� ��@���&������ `��/�[������[��'*���{� ���al., 2004). These calculation results also explain the common alteration rim of chlorite ���#���!��/���������������������%����!���������� ^$$#������"���������$������"�Q�]#����"�Q������������������@����@"�����"����!�������������������"������/��������/������������#����"�Q�����&������@���"���$��-�����������������/���������/�C������L���!�����������������/��:��#//�����������B����!������ ��������/� ���� %#��� ����� ���� ����������� @B� ����������� ���� /�@@��� `���[�{�/�}U��¤��j����#����#�������������������[����������""��������!��������������������������/�@@�����&����������������$#��B�����������������������������"@��/�����������������$�����/���`��/�[�|����������[��FFEj�� ��!�������������������������/��[������������������[���V����W�@������������������������������[�������@���W!�����������@�#�������@�������""����������������������/��[�#��������������/�����������B���"!������$���!����and garnet (Fig. 8).

Page 153: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

145

4.4. Discussion

9#9#$#�*��������������@������������������� �� �������������&�����������-tion?

Due to the large entropy-change in dehydration reactions, prograde metamorphism favors the formation of anhydrous mineral assemblages. Moreover, isotopic evidence and theoretical calculations predict that anhydrous mineral assemblages may persist at high ��"!����#�����V���������!���������$������#��#�����#����̀ {��#B�������\�#��#[��''���<�-����"����� ���&[��'':j���������������"!��/�������&������"���"��!������&���������/��$����B���#��"��������������������������/��$��"�������"!����#���������/����������good example that this line of thought can be misleading. An intriguing consequence of ����/�C���������������������"��B��$����"���������"!�����@B���������$�������$��"�the solid phase assemblage (e.g., reactions 3, 6, 7, 10, and 13 in Fig. 8). In fact, the diop-���]/����������"@��/��!�����������$��"��������/�����������������&������������B���#��`��������B����B���#�[�$�����/���������B���/�����j�������������[���!�����V����$��"������"����!��������V���������B�@�����#//�������������������/����"!����#���`��:FF�;j��$� $��"�����`�B�����������[��FF*j��^��!����#�������$�������������V���%#������V��B��/����"!����#������#������!�#����������������!������Q�������$�������������#���#!���the accretion of the igneous oceanic crust (e.g., Dunn et al., 2000). There may indeed be petrological and geochemical evidence for deep and high-temperature circulation in the �"����!������`��/�[�|�����������[��FFE��\��/��B�����L�B���[��':�j��+��/��$��"�������"!����#����$�������!�����V����������#!!��"����"����������������"�����#���������@�� �� �/�Q����� ���!� �������� ����@����/� ���![� �/����"!����#��� ���#�������}���� ��high-temperature origin of the diopsidite veins (Python et al. 2007) is possible, our model ���#�����#//�����������!�����������&���#��������$��"������"!����#���������������FF�]��FF�;�@B�"�����"��������������$�/�@@����������!B��W���������%#������������������B�externally buffered by serpentinization reactions. The model calculation of clinopyroxene ��������������FF�;������FF�;�`�/���j�!�����������������L�����������@��/�����"!�-�������$�����!�"��B�����!B��W����@���"������!���������/�����[������������������B�clinopyroxene is virtually pure diopside (Fig. 5). The diopside in the Oman diopsidite ��������!������+�[���[�����������W!������$�������$��"�������"!����#�����<����V��[�small amounts of garnet commonly accompany diopside in the veins (Python et al., 2007), ���������������������������#��!�������������!B��W�������������������!����������!�����������@����!������@B����"����]"�/�����]���������������"!����#����$�EFF�;��+��B����/������"!����#���[�������������V�B��$�������#��#��%#�����W���/�������V�����#���@�������������/�#����$��#���C����#������`�$���/����������������|����[��FF*j[�!���@��/���������������V�B�!������#������/���������$��"���#������#������������������B�������"���/�������������B�$��"�@B����������������%#��[��������������#��#�������

Page 154: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

146

���������� ����������������

���V�B���@#$$���������W���"��B�������V����@B����!�����]@�#������#�@�#"��|���#���@�#�����������W!���������$��"�$�����V���@���&����������"!����#�����@�V����F�;[����������������$���!��������/����#������/�����������@���@B��B�����������`�FF*j����-���������������/��$��"�������"!����#������������������$�:FF�;��|����������"!�������$�V�����!�������������������!���������$�/��������������������$�������"!����#�����$�formation for the Oman diopside veins.

4.5. Conclusions

(1) Titration reaction path models can be employed successfully to reproduce the mineral assemblages commonly formed in rodingites and provide crucial insights into the main driving forces of rodingitization reactions.

(2) At a pressure of 50 MPa, rodingitization can proceed at temperature around 200 ����FF�;[����������!����C�����%#������������������@B�@�#���]���!�����]�-�!������#�@�#"��+����"!����#�����$�EFF�;������/���[�@�#�������@���������%#�������@#$$�����@B�����]���"����]���!������� #���%#��[��&��$������������������!�������������� @���&� �"�&��� %#��[� ������� $��"� ����/��� ����� �������-�/�����/�@@��������@��������������$�/�@@�������������������"��������������(some are rodingitized, others are not) can thus be related to the temperature-de-!�������%#�]"��������#�@�����!������������������

`�j� ����/�C�������"�����&��B������#����$��$$#������"�����"���"��L������V�B�/����������!�������������#�@����������#����"�Q������������������"�Q������������������/����������!�����������������L������V�B�/����������2+ is virtually ����^$$#�V��"���������$����$���������������/������&��B�������������$$#�����$��B���W���!������������������������������&�@B����/��%#W����$��Q������/���@���-�/����#��������������������B[����/��%#��%#W��������&��B�����!���#����������!����V�B�/�����������#���������V������/�C����������������#��� ���������������!�������$���$��"������B���"�

`Ej� L����$$#�V��������$������$��"����&��#����/��/���V����������/�C�������#����������V�@���"�����"���"����������������#����"�Q����������&[�@����W��#������$�@�#����������������[����������C�����"�B�$��"����������!������[��������#��#�������������@B�!��/������������#��V��������������������/�@@����

`�j� L���$��"������$���!�����V������"��������������"�B���&��!����������"!���-�#�����$��FF]�FF�;�������$��"�/�@@�����������!B��W�����!�������������B��/����"!����#����`��:FF�;j������������#����������$��"������$��"!������B���#��assemblages.

Page 155: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

147

4.6. Acknowledgements

9#;#�*�+�������������

� }������&�§����/��#�$��������V��������������@#�����������!�������#���<������Y�������������L�"�<�����"�!��V������#�������!�������"@��/���������"��B��"������@���������������������������B"�#����V�������������&���$���������#��V����""������ �"#����/����#�������������������[�YÉ&���+#�����"[�����������=������������"#����!!���������L������&����#!!������@B�^�#������������#�/�/�"������$��`^�\j�/�����|���F�U�������}�|������@B�����^�\����������������U�_W����������#������L���������������_����� B���"��

Page 156: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

148

���������� ����������������

References

+@������[�L�+�[� �#����[����[�|���&�[���X�[�{B��[�\�{�[�������[�����[� ��V���[��<�[��'::�� <��������B���/��� /��� ���!�[� ~�"@����� �!�����[� ���!!���N� ���!� �������������/�����"����\����/B�*�[����]����

+/����[���[������[�<�[��''*���WB/�������!�������������������!����C�����!�����������#����"�Q�����&��$��"�����<��+���������/��`��;�j����N�X�����[���+�[������[�<�[�<����[�^���[�_�����[�^��`_���j[���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[�V�������[�!!���:�]�::�

+/����[� ��[� �����[� \�[� |�����[� <���[�''��� <������/���� ���� �WB/��� ����!�� $��-�#���� �$� ���!�������� ����V����� $��"� ���� �����U��������� ��������� �� ���� �@�-���+@B�������������N�}��"����[���|��`_��j[���������/���$�����������^����/����/��"[ ����Q�����#���[�V�����E'[�!!���E�]����

+/����[���[�Y�&���[���[�|���#[�^�[���V�B[�<�[�''���������Y����@�������!����"!��-������$����������#�������#!!���"���������&���W!�����������Y����^��!����������\���!�/���L�!����#�������_�����������������B� ������{����������[��:�]�'��

+����[�^�_�[� �B$���[�}�_���[��FF����"!��������������������V����%#���$��"�#����"�-Q���������B�������"����B���"�����"����������/��N�����W!��"��������#�B����EFF�;[��FF�@�����\����"��������"���"���+�����*�`:j[�����]��E��

+��[� ���[� ���&�� ���[�}��[�|���[�}�[���#��&[�Y�[�\�����[����[�|��#���[�\�[� �FF*��Hydrothermal alteration and microbial sulfate reduction in peridotite and gabbro �W!�����@B�������"����$�#���/���� ����<��+���������/�[���;�F���`�^��{�/��F'jN����#�$#�������WB/�������!����#�B��\�����"���B[�\��!�B���[�\���B���"��`:j[��F:FF�[���N�F��F�'U�FF*\FF���*�

+����[�X�[�_V���[�<���[�|�&$���[�<�_�[��FF���\�����"���B��$����#����"�Q�]����/������&����������������������!������C���^W��V��/����������@���[���#����������\��������#������$�+$�����_����� �������E��`�j[����]�E��

+#"����[���[�{�#@��[�Y�[��'*���L���<��+���������/�������E�;�[�©��[� ��!����C���#����"�Q�����#���������������#������$�_����� �������:[����]����

+#�����"[�Y�[������V&[�L�[��FF:������/�C����������B��������$�����������������!����������V���!���������{�&���!�����[��������������������B��{������FE[��**]�':�

|���[�}�[�\�����[����[�Y��V�B[���[���#��&[�Y�[�������[�<�[��FFE������@�����������]!�-�������������������]�Q�������/�����$��"���^���{�/���F'[�<+����;���\�����"-���B[�\��!�B���[�\���B���"����`'j[��F'���[���N�F��F�'U�FFE\FFF*EE�

|�����[���[�{�"�����[����[�Y""��@��/[�\�[��'�*��\�����"�����V�������$�!���������B�serpentinization. Science 156, 830–832.

|�����[���[��®���[�����[��'�'��L������������!�@�������%#�������"��$�������!����B!��

Page 157: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

149

References

#����"�Q��� ����!���@���"������ ���!����C����[�}������������� �������\��-logical Society of America Bulletin 80, 1948–1960.

|���/�[�����+� �[��B$�[}� �[�':���^�V���!"�����$�����/�����@����������&�������!��-�����[�_����{/#��[�����B������@#��������<������/B������������/B�:E[��E�]151.

|����[��� �[��#���/��[���^�[� ���[�+�X�[��FF���\�@@����!�/"��������#����[��@����+@B�-��������[��^��{�/��*�[� ����F*FN�"�/"���"��#��/������������$��"�����V��-������$��/��������%�����!�����/����#������$��������/B�E��`�j[�::�]'F��

|�&��[�<���[�<�X��C�[�̂ �[��':*��L��������!�����$����������"������@B�%#����#��/�"���-"��!��"������@#��������<������/B������������/B�'�[��:E]�'��

|���#[�^�[�Y�@���[���[�Y�&���[���[������[�<�[��''���<���"��!��"��$����!�����������&��$��"�����\������������$����L����$��"�̀ _�������Q�������������;��� j����#�-nal of Geophysical Research 96, 10,079–10,099.

|����[�^�[���"��[�<�[�|�����[���[�������[�+�[�^�#���[���<�[�+/����[���[��FFE��^��!������/����"!����#����B�������"������#�������������"����!������À�!����-��/������������!���V���������#������$��������/B�E��`�j[���:�]��F:�

|���B[���|�[��'**��<�����"����C�������"���"��!������&���\����"��������"���-mica Acta 41, 113–125.

���"��[���\�[��'�*��{�����"!����#��� ��������C�����������!��� ���&���$���$����[�Oregon, and Washington. United States Geological Survey Bulletin 1247, 1–49.

^�#""���[� �_�����[�':���|���/�����"W�/��$��B�������"���%#��N����"�����$$��������mineral precipitation. Ph. D. thesis, The Pennsylvania State University.

^#@��&�[�_�[�}�����[�+�[��'''��{�B�����������$��"�������/����������@���&�����$��"���C�"���� `{����� ����[� ������jN� "������/���� ������� �$� "�����"���� !��-cesses during serpentinization and serpentinite recrystallization. Mineralogy and Petrology 67, 223–237.

^#��[���+�[�L��"�B[�^���[� ���"��[� ��[��FFF��L������"�����������"�����#��#�������!�B�����!��!�������$�������#���������������"������@�����������_�������Q���������';�F������#������$�\��!�B���������������F��`|�Fj[���[��*]��[����

_V���[�|�}�[��'**��<���"��!��"���$���!���!���������������!��������+��#�����V���of Earth and Planetary Sciences 5, 398–447.

_V���[�|�}�[��FFE��L������!������"#���B���"���V����N����B��������"������@��������-��������\����/B���V���E�[�E*']�F��

����B[���<�[�^!!��[�\�<�[�''�����#��%��[�"��������������[�����"�����"���"��\���-ogy 19, 211–214.

����[���Y�[���/���[� �<�[���@������[�_�[��'����+�#�������B[���$����[����!��/��$�#��#�����"���������������\����"��������"���"���+������[�*�]:��

Page 158: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

150

���������� ����������������

�����[�|���[��'*����������"���"��!��"��$����!������[���������@���&�������������-/����������B�\��_��B�����[���������������[�}����/�������#������$��������/B�16, 272–313.

�����[�|���[�|����[��� �[��FF*�������������V�B��������!����C��������#������$�������-ogy 48, 1351–1368.

�����\����[�\�{�[�X����B[�^�|�[�|��������[� �<�[�X�����[���+�[�{#��/[�X�+�[�|#����-Q���[�^�+�[�|����[��[�����&#����&[�\�[� �FF����F[FFF�B������$��B�������"������V�B��������{�����B�V����Q����� �������F�[�E'�]E':�

�����\����[� \�{�[� ����[�+�[� ^���®+�/���[� {���[� �''���� <������/�� ���� ���@��� ����!��������� �$�!��B!����������������$�#!!�����#�����/�@@�����$�����_�������Q������`Y����^��![� ���:'Ej����N�<�V��[��[�\���[�X�<�[�+����[�����[�<�B��[��� ��`_���j[���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[�V�����E*[�!!�����]254.

�����\����[�\�{�[�����[�+�[�{��#B��[��[�''�@���������/���������@�������!���������������� �B�������"��� ���������� ���� ���!����C����� �$� ���� _��� �������� "������ ���Y����^��![� ���:'�����N�<�V��[��[�\���[�X�<�[�+����[�����[�<�B��[��� ��`_���j[���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[�V�����E*[�!!���F']163.

\��/��B[���L�[�L�B���[�Y���[��':���+���WB/�������!��!��Q���������������$��������#�����������#��[� �"����!�����[��"��N�_V������$���̈ �:��@#$$���/��$������������@B����!�`���&"j�����������B�������"������#���������"����������/������#�����of Geophysical Research 86, 2737–2755.

Y�&���[� ��[� |���#[� ^�[� ����������#[� ��[� ��"���[� ��{�[� +�"��[� ��[� {�������[� ��[�|�#"[���[��''����������/B��$� ����_�������Q��������#�������#!!���"�������W-!�������Y����^��!�`����������#����������Q�j����#������$�\��!�B��������������98, 8069–8094.

Y��/����[�Y��[�^����B[���<�[����@��[�Y�}�[�|��[�^�X�[��'*:�� #""��B���������#���$���������"��B��"��!��!�������$����&�$��"�/�"��������+"��������#������$�Science 278A, 1–229.

Y������C[���[�X���[���[��'*����������/B��$�����/����$��"�������#�������<��+�������$����#��� C����� ���� ����� /���������� �/�Q������� ����@#����� ��� <������/B�and Petrology 49, 233–257.

�����&B[�̂ ���[� �B$�������[�}�_�[��':���YB�������"������!����C������$�!�����������-���������������#��N��W!��"�������V���/�������$�"������/B�����"��������"�������"���B��\����"��������"���"���+�����F[����*]��*:�

�������[� ��}�[� ���&���[� _�Y�[� Y��/����[� Y��[� �''��� ���L'�N� �� ��$������ !��&�/��for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases,

Page 159: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

151

References

��#��#���!����[��������������$��"��]�FFF�@��������F]�FFF�;���"!#�����¬�Geosciences 18, 899–947.

X���"��[���|�[�X&���[�_�[�<����[�^���[�{�/��F'� �!@����� ����������B[��FF*��{�/��F'� �#""��BN� !��������� �� �� �F�&"����&� ����#��V�� @�#����B� ��B��� @�����������<���+���������/�[�E;]��;��� ��N�X���"��[���|�[�X&���[�_�[�<����[�^����`_���j[���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[�V�����F'[�pp. 1–33.

X����B[�^� �[�X�����[���+�[�|���&"��[�^�X�[������\����[�\�{�[�|#����Q���[�^�+�[�{���B[�<�^�[������[�_���[� �����&[�<���[����[�X�X�[�{�@��[�\�L�[��VCC/��[���[�+L���F� �!@���������B[��FF���+���$$��W���B�������"���V����Q�������������<��+���������/������F;������#���E��[���*]��:�

X����B[�^� �[�X�����[� ��+�[������\����[�\�{�[�§���/��[�^���[� ���&[�L�<�[�|#����Q���[�^�+�[� Y�B��[� ��<�[� �����&[� <���[� �����[� _���[� ����&#����&[� \�[� ��&#@�[� <�[�|�����B[�+�[�{�����[�|�[�{#��/[�X�[�\��&���[�^�[�|#�&"��[�X�[�|�����B[�+� �[�|��C�����[� }���[� ���[� X�[� _����[� <���[� ^�����#�[�+�[� |��������[� �<�[� {���B[�<�^�[�|�����[���+�[� #""���[���_�[� B�V�[� ���[��FF���+����!�����������������-�B���"N�����{�����B�YB�������"��������� �������F*[��E�:]�E�E�

X���[�_�<�[��FFE��\�����"���B��$������/���#����������#������N�Y������[�Y�^�[�L#-��&��[�X�X��`_���j[�L����������\�����"���B����_���V��[�+"������"[�!!��E��]E���X��C���&[�^� �[��'�:��L��������B��$�"�����"����C���/��<�����#"�^�-posita 3, 222–231.

X���C[���[��':��� B"@���� $��� ���&�$��"�/�"��������+"������<������/����:[��**]279.

{��#B��[��[�\�#��#[�\�[��''����WB/�������������#"�����!����"!��������$�Y����^��!�/�@@����`Y�����:'E������:'E\jN��/����"!����#��������������$����������������������#��� ��B������ ��N�<�V��[��[�\���[�X�<�[�+����[�����[�<�B��[��� ��`_���j[���������/���$�����������^����/����/��"[� ����Q�����#���[�V�����E*[�!!����*]234.

{[�©����[�~���/[�{�[�}�[��[�+[�§�[����[���[��FF*���������/B��$�����/������V���$��"�����/�������������L������[��������#������$�<���"��!����������/B���[����]382.

{[�©����[�����[�<�[�|#����[�X�[��FFE��<���"��!���!���������������/�����$�����~��-"���� �����!���������������������\����/B���V����E�[��:]���

<�����"[�L�<�[��FFF��\�����"������������������!�"��B�!���#��V�B����#@"�����hydrothermal vent plumes. Deep-sea Research. Part 1. Oceanographic Research Papers 47, 85–101.

<�����"[�L�<�[�|���[}�[���!������L���"��B��"�����������������B���/���/���������

Page 160: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

152

���������� ����������������

�#��/����!����C������$�#����"�Q�����&���\����"��������"���"���+������N�F��F��U��/����FF:��F�F���

<�����"[�L�<�[� ���&[�_�{�[��'':����#�]���&���������������������������������#��N�����"��B��"��"�������$��B�������"����������������#������$�\��!�B�������-search 103, 547–575.

<����[�<���[�X�"��[� ��[���B��[���[�<�B��[��{�[��FF���̂ ��!����@�%#���$#����W���"�!��-��+������������<������$����������!�������"#��V������N�������^����/����-/��"� {�/� �'��� \�����"���B� \��!�B���� \���B���"�� E� `��j[� ��N�F��F�'U�FF�\FFF�::�

<����[�<���[�}����[��\�[���B��[���[�\���@[���[�<����[���|�[��FFE����"���B��$��!��/�������������<������$�������������!��/����V����V�����C������$������#@�#���/�!������\����"��������"���"���+�����:�`��j[�E'��]E'���

<#�C�[�����[� �����[� ���[��FF*����#�� ��/"��������/���$�/����@����/� ����/����from the Karabash alpine-type ultrabasic massif, Southern Ural. Geochemistry International 45 (10), 998–1011.

����[��[� ���/��[�\�[��':���YB���/���/��������� $��"�"��������#���� ���&�� ���"���_�����������������B� ������{���������[����]��F�

���"���[��[�}���"�������[�+�_�[��FF*����B������"������������������"�/��$�����-/���$��"����N��V������$��"�����/����������%#�����#������������<�+�@��-����"��[�+�@�����[��#�@����\�����"����L��������������`:j[���N�F���:�U�E�*�4866-8-11.

�®Y����B[�^� �[� ������[�_� �[�}�&�[�����[��''���L�����/���$�����/����$��"������[�|�������#"@�[����������#���������"����L������`Y��j��#��/����!����C�����\����"��������"���"���+������[�'*]�F:�

�������[� ��{�[�����[�<�Y�[��FFE��\�����"����"�������$�"�����"���"� ��#����"�Q���B���"�N����!����C����[�����/�C����[���������%�������@��������"��B�!��-�!�������\����"��������"���"���+�����:�`�j[�����]�����

�B����[�<�[��#������[�\�[������[�§�[�|�����[����+�[�+��[� �[��FF*���"�����!�����N������� ������/B� ��/������ �$� V��B� �/�� ��"!����#��� �B�������"��� ���#������ ��"������!��������@�������������!�����/����������_�����������������B� ������{����������[��:']�F��

����[�<�Y�[��''*��YB�������"�����������������������������!��������%#����"!��������N�|�����[�Y�{��`_��j[�\�����"���B��$�YB�������"�������^�!�����������}��B�¬� ���[�����§��&[�!!���F�]����

���[� ��<�[� �':��� <���"��!��"� �$� ����/���N� !���� ��� ������ ��������� �� �� !������ �$����� �B���"� ��]</�]+����] ��]��]Y����+"������ ��#����� �$� ������283B, 121–150.

Page 161: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

153

References

������[�����<�[� ����&�[�+�[��FFE���"!�������$�������!������"�������\�����"��\��-!�B���\���B�����[��F�FFE����N�F��F�'U�FF�\FFF�'*�

������[�_� �[��®Y����B[�^� �[�}�&�[�����[��':'������/���������!����C���#����"�Q�����&���$�����+@�@�\����������@���[����������������<������/����*[��*']�'��� �B$���[�}�_�[�^@@��[�}�_���[��':F�� ��������]!����������������������FF�;������FF�@���N�"!��������$���������/���$�����������!���������\����"��������"���"���+����EE[��F']����

�B$�������[�}�_�[���#���#&��[�^���[�+����[�^�_�[��FFE�������"�Q����������B�������"����B���"�����"����������/��N����"��������!�B�����������������!Y[�����W��������@������#�����������������N�\��"��[����[�{�[���[�������[�{�<��`_���j[�<����������/��N�YB�������"���������������|�����������{����!�����������������+"������\��!�B���������[�}����/���[�^[�!!����*]�:E�

�B$���� ���[�}�_�[���#���#&��[�^���[��#[���[��FF*������W��V��#��������"���� �����$����#��/����!����C����N�����W!��"�����������������������#�B�����FF�;[��FF�@�������"!��������$���#����"�Q����������B�������"����B���"�����"����������/-����\����"��������"���"���+����*�[��:*�]�::��

���&[� _�{�[� Y��/����[� Y��[� �'::�� ���#������ �$� ���� ����"��B��"�� ���� �����!����!��!�������$���#��#���!���������/��!����#����������"!����#���N��������������-/����"��$��������!�����������#������$�������!��������������&@������FFF�;��\����"��������"���"���+������[��FF']�F���

���&[� _�{�[� Y��/����[� Y��[� �''F�� ���#������ �$� ���� ����"��B��"�� ���� �����!����!��!�������$���#��#���!���������/��!����#����������"!����#���N����������!������"�����!��!�������$���/�����!������\����"��������"���"���+�����E�`Ej[�915–945.

���&[�_�{�[� �����[�^��[�}���[�<�[� V������&B[�^�+�[��''*������/�����!�������/��-��/�� %#��N� ������������ �"��/� ��������� "����� ����"��B��"�� !��!������ �$���#��#�����������B���W�����"!��W����\����"��������"���"���+������[�907–950.

L�/��V[�|�[� �����[���[��FF���+�#"�#"��!�����������#�����%#�����V������\����"��������"���"���+������[��'��]�''��

Thayer, T.P., 1966. Serpentinization considered as a constant-volume process. American Mineralogist 51, 685–710.

L��"!���[�+�|�[��'*E�����]��������$$#����C�����@�������"��@�������!�������������#������$��������/B���[���E]�E��

L��"!���[���|�[��'*F��\�����"������������������!����B���"���\����"��������"�-chimica Acta 34, 529–551.

}������[�����[���V���[���<�[��':�����������!���#��������������!��������/�����"���"��-

Page 162: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

154

���������� ����������������

!��"������@#��������<������/B������������/B�*'[����]��*�}�����[�_�|�[�}��&[�^�+�[� �''*��^$$#�����$������V��� ��� ��Y��������\��[�����

"!��������$���"���� �����!���� �� ������#�������#!!���"�����������@#����� ���Mineralogy and Petrology 130, 66–80.

}��C��[�{���[� ���&[�_�{�[��FFF��̂ ���/#���/�#����"�Q���$��"�@��������������#@"������B�������"����B���"��@B���"!���/�����#������V����%#����"!����������#�����of Geophysical Research 105, 8319–8340.

}����B[�L���[��FFE���#��Q�������$� ����"��B��"������� $���/�����"����"�����/��$�"�����]���������������������#����B���"�����N������� ������^�!���"�����$�_�-��/B�`_��j��|������� +���"!��B[�{{�

}����B[�L���[�����&[���{�[��FF��� �$����������®��<��#���_��U��`V������:�Fj�� �������-������{�@��������[�+�@#�#���#�[�����<�W���

§�����B[�|�[�|�������[� �Y�[��$$[���+�[��''���_V������$�������/�����������%#�������V�����#��/�"����#�����"���"��!��"�����#����E'[����]��E�

Page 163: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

155

5.1. Introduction

� ������������V��B��$�@���&��"�&���V����������/����"��B�������"����$�#����communities (Spiess et al., 1980), submarine hydrothermal systems and associated biota have attracted the interest not only of geoscientists, but also of chemists and biologists `��/�[�Y#"!����������[��''�������^�V��[��FFF��}����&�������[��FFEj���������!����$�����-cades, it has been revealed that the diverse populations of the hydrothermal vent-endemic animal communities are generally dependent on the primary production of symbiotic and free-living, chemolithoautotrophic microorganisms. These obtain energy from inorganic substances, such as H2 [��2, H2[�����Y4[�������������V���$��"��B�������"���V����%#���`��/�[��������������<����[��':�j��<�����������B[�!����#�����������������@����!���to archaeal methanogens supported by H2����������B�������"���%#��[�@���#��������B!��

Serpentinized troctolites exposed near the Kairei B����� �����������E���������J�����������=�J���� ��������� ������������� ��L������ ����� ������&�����������������unique microbial ecosystem

Abstract L���V����%#����$� ����X����YB�������"�������� `XY�j���� �������������������/���������������/#�C�L�!����#������������B!�����L��B���V����V��B��/��Y2 ������������[� �� �����V��B��/�� � ������������[� ���� �� ��"��&�@�B� ����Y4UY2 ratio. �������B[�!����#�����������������@����!����������XY�[�@���#��������B�������"���%#���are suggested to support a hydrogen-based hyperthermophilic subsurface lithoautotrophic "���@�������B���"�`YB!�� {<_j[���������������������@�����&��B�"�����������/#��for the early Earth ecosystems prior to photosynthesis. Despite the increasing interest in ����%#�����"���B���������������@���[�������/���$�����#�#�#������"���B��$������B���-����"���%#����������#��������� Y��������#//���������������$�������������������������������B�����V�����$��"�small hills near the KHF, provide a possible explanation for the composition of the KHF %#����^V�����������"�������#@"���@��� ��&����FF�����V�����!��/��������#���[�����������[�������V���/�@@���[������/�������B�������#����������������������#����<���-���!���@���V��������V�������������V�����B��������������"!���������!����B������"!�����B�replaced by serpentine and magnetite, indicating the generation of H2 by serpentinization ���������@���������V��������B�������"���%#����L����������"���������#�������!������that the high H2������/�� ����������������$������B�������"���%#�������@������@#����������!����C������$���������������������#@���#�����B�������"����������������@����-�����������&��#���������XY���L���#��#��/����/���������/��$�����X�����B�������"����B���"[����������!���#��������&�������"!����������������������!�����$����������#��[����������������@�����!���@���$�������#�#�#������"���B��$�����X�����B�������"���%#�����V�/��������#��������$�����YB!�� {<_�

Page 164: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

156

of microbial ecosystem is considered to be an important modern analogue to the early ����B���"���$�����_����[�����������������W���������������$�����������!�����������"�����`��/�[�X����B�������[��FF�[��FF�����������������[��FF���L�&��������[��FF�j��� L��� X���� YB�������"��� ����� `XY�j� ��� ���� ������� ������ ��/�� `��j� �������������/#�C�L�!����#������`�L�j���������V�������+#/#����FFF��������Q����������B��@���V����B�������"���V��������������������������`\�"��������[��FF���Y���"����������[��FF�j��L������"������"!�������$�����V����%#��[����#��/�"����������V����!�-����`��/�[� [��[�</[�X[� �4j�����/�����`Y4[��2, H2 j[�����Q������!������@B�\�"���������`�FF�j[������/����������X����%#�������/�������B��"������������B�������"���%#���$��"��B!����"����������/������������Q����������+��������������� #@���#�����V��-�/�����[�����V��[���V���������������X����%#�����V��#�#�#���B��/�����������������$�H2 (8 mM) despite the similarity of the other mineral and gas element compositions to �B!����@�������������"����������/���B�������"���%#��̀ ����̂ �V���������[��FF���L�&��������[��FFE��\���������������^�""[��FF���X#"�/��������[��FF:j������FFE[��������#//������that a hydrogen-based hyperthermophilic subsurface lithoautotrophic microbial ecosys-��"� `YB!�� {<_j��W����� �� ���� �#@���%���� ��V���"������$� ����XY�� `L�&�� ��� ���[�2004). This microbial ecosystem is sustained by the primary production of hydrogeno-trophic, hyperthermophilic methanogens, utilizing H2������2 as the primary energy and carbon sources. The H2������2 are completely photosynthesis-independent substances, !��V�������B�@B�/����/����`�B�������"��j�!��������[�"!�B�/����������YB!�� {<_������&��B�"�����������/#��$�����������B�_���������B���"��!�������!�����B�������`L�&�����al., 2006). � YB���/������������/����"!����#����B�������"���V����%#����"�����������X�-���%#�����V�������@������!������$��"���V������B�������"���V����Q������$��������@��[�{�/�����V���������[�+���C����������[������@��#�/���������������/�����<��+���������/��`<+�j�`�����#�������[��FF�[��FF*��<��������������[��FF:j��L�����<+��Y2-rich hydro-����"���V����%#�����V��/�������B�@��������@#��������������!����C������$��@B�����!��-���������������@��������������B�#!�$���������"!����������������B�������"���V����Q�����`�����#�������[��FF���^�#V����������[��FF�j�������������[�����������@�������/����/�����V-dence indicating the involvement of peridotite in the generation of H2-rich hydrothermal V����%#����������XY��`����^�V���������[��FF���\���������������^�""[��FF�j��������-���[������#/������!����������������B�������"���%#���/�������B��W�@���/����Y4 and ������ �����������������"!��������@������������������`��/�[������#�������[��FF�j[�����X�����B�������"���%#�����V��Y4 and Si concentrations similar to typical mid-ocean ��/���B�������"���%#���`\���������������^�""[��FF�j��L����#//������������@���������������&������#��������W!����"������!���������%#����"!�����[���������������������$���the unusually high H2����������������$�����X�����B�������"���%#����������#���������� ����FF�[��������V��������!����C��� ���������� ���&�� `���� �B!����"������!��-�����j����������XY��`X#"�/��������[��FF:j[��������#���@�����������������#�#�#�����"-!�������$�����X�����B�������"���%#����Y���[�������������������������������������

Page 165: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5.1. Introduction

157

3900

38003800 37003700

3600

3600

3500

3500 3400

3400

3400

3300

3300

33003300

320 03200

3200

3200

3200

3200

3100

3100

310

0

3100

3100

3100

3100

3100

3000

3000

3000

3000

3000

3000

3000

3000

3000

3000

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2900

2800

28002800

2800

2800

28002800

2800

2800

2700

2700

2700

North Hill

South Hill

70o08'E 70o10'E 70o12'E

70o08'E 70o10'E 70o12'E

4 0 0 0

4 0 0 0

4000

4 0 0 0

4 0 0 0

40

00

4 0 0 0

4 0 0 0

40

00

4000

3500

35

00

3 5 0 0

3500

3 5 0 0

35

00

3 5 0 0

35

00

3 5 0 0

3 5 0 0

3 5 0 0

3 5 0 0

3 5 0 0

0

3000

3000

3 0 0 0

3 0 0 0

3 0 0 0

30

00

30

00

30

00

3 0 0 0

3 0 0 0

30

00

30

000 0

3000

3000

3 0 0 0

30

00

3 0 0 0

25

00

2 5 0 0

25

00

25

00

2 5 0 0

5 0 0

25

00

25

00

25

00

25

00

69o50'E

69o50'E 70o00'E 70o10'E

25o10'S

70o00'E 70o10'E

Kairei Hydrothermal Field

CIR-S1

25o20'S

B

Uraniwa-Hills

Hakuho Knoll

Southwestern Indian Ridge

(SWIR)

Rodriguez Triple Junction (RTJ)

CentralIndian Ridge

(CIR)

Southeastern Indian Ridge (SEIR)

15 N

0

15 S

30 S

45 S45 E 60 E 75 E 90 E 95 E

AFRICA PLATEAUSTRALIA PLATE

ANTARCTICA PLATE

30 N

69o00'E 69o30'E 70o00'E 70o30'E

25o30'S

25o00'S

CIR-S1

SWIR

SEIR

25o30'S

70o00'E 70o30'E

CIR-S2

RTJ

Kairei Hydrothermal FieldB

C

A

C

-5000 m -4500 m -4000 m -3500 m -3000 m -2500 m -2000 m

Figure 1. (A) Bathymetric map, based on SeaBeam data, of the Central Indian Ridge (CIR), Southwest �������"��������"'��������������������"������J�"'����������"������_����� ����������"��'*�The location of the Kairei Hydrothermal Field (KHF) is indicated by the star symbol. Note that the abyssal �� ������� <����� ������������������� ��� <����������������������������������"����"���'*�(B) Bathymetric map showing the Hakuho Knoll and Uraniwa-Hills. At the Uraniwa-Hills, olivine-rich rocks of plagioclase dunite, troctolites, and olivine gabbros were discovered. The location of the KHF at the western slope of the Hakuho Knoll is also shown. (C) Bathymetric map of the Uraniwa-Hills, showing sampling localities of plagioclase dunite, troctolite, and olivine gabbro. Note that both the North and South Hills are elongated perpendicular to the trend of the surrounding abyssal hills.

Page 166: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

158

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

�������������&��$��������@B�������/������#/��@������������#�����������������"���B��$������B�������"���%#����������XY��

5.2. Geological background

� L���XY�������������������Q������/"�����$��������""������B��������$������L��`��;�'���� [�*F;F��E��_j�������������!����$��E����E�F�"�`\�"��������[��FF�j��L����B-�������"���V�����������#�����������������������!���$�����Y�&#���X����[������������$$��W��&������$�������[����&"�������������$�������/���W��`�/����[�@j��������#��B��FF�[����!��$��"������������%�����@���V�������������&���"!��/�#��/�����"�������#@"���@��� ��&����FF������V���!���"������"!������V��#����������/��$� ����/����/����@��&-ground of the hydrothermal activity at the KHF (Kumagai et al., 2008).

^V���@���V������������������������!���$�����Y�&#���X�������V���������������&�������������B�"����#!��$�!�������������������@���������V��������W!��#�����$�!�����������&��������@���V���`X#"�/��������[��FF:j��L������#�������������������������$�!��V�#���-V���/������!��$��"������#�������XY��`����^�V���������[��FF���\���������������^�""[��FF�j��_W�"�������$����%����"��!����/B���������/��������[�@������������ ��|��"�@�-��B"���B�����[����������"������!�/��!����/���`�����$������$�������������������Y���j�����&"�������$�����XY��`��;�'���� [�*F;F��E��_��X#"�/��������[��FF:j�`�/���@j��L����������Y�������������"��������[�������Y������� �#���Y��[�����������V����@B����FF�"����!��_� }�������/�V����B�`�/����j��L������������!��B��������"��!����/B�$��"��#���#���/� �@B����� ����� �W�����/� �� ��/��!�������� ��������� `��}� _j� `�/�� ��j��L�������#/��������#��#����!��!����#���� ��� ������/���W��������V���!���������� �#���Y��� `�/����j��L���������Y��� ������/����� �� ������"������������� ���� �#���Y��[���-���#/������#/��������#��#��������������@V�#��`�/����j��^#��/��#���V�����������������Y���[��������V������������������&�������!��������B���!��������W�#"������������������#����+����#/������#!�$�������"!����"����!����������$��������!�����������&�����������#������[��������������������!�/��!�B������W!��#����$����!�����������&���#//��������������������Y������!����������������������"!��W�`�j�`��/�[�|���&"���������[��'':j�

5.3. Analytical methods

� ��"������"!��������$�"����������������BC���@B����_�����������@��<����+���BC���`_�<+N��_�{��©+�::FF� #!��!��@�j����X���C������V����B��L�������B���������!��$��"���#������������������/�V����/���$����&������@��"��#�������$��F��+[�#��/�����́ "���"�����@��"�����#���������B�������"���������������������_�{���$������#��/�~+�������������������"!��B���$�������"���������#��������������$�_�<+�����B��������

Page 167: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

159

5.4. Petrography

described in Morishita et al. (2003a, b).� <������%#�� ��������� ����� ����#������ #��/� ���� ���L'�� ����@���� `����-������������''�j[�#!����������#��������<�����"����� ���&�`�'':j�����}����B�������[�`�FFEj����������!��������#��������������������#��������������$�������"!#����!��/��"�_��U��`}����B[��''�j�������������#������[�����"��B��"�������$���"�������������#��#���!��������������$��"����� ���L'������@���[�������/�X�V��#������������#������@B����� ���L'��!��/��"�$�����"!����#����$��"�F����EFF�;�������!����#����$��FF�@����+��V-�B����$Q������$�����#��#���!��������������#������#��/�����|�������#�����`Y��/����[�1969).

5.4. Petrography

� }����#�����E���V�������/�@@�������&����"������@B������������$��"��������-����Y���������!��/��������#���[��'�����������[�����$�#����V���/�@@�����������$��������&�������B!��������#���!��������[��������#���@���W!������$��"�!������"����/���#!!���"��������������[�@#�����B��&��B�����������#������$��������!���!������$��������������#������U������������#���"������@�#����B�̀ ��/�[�̂ �&�������[��FFFj�� "����������/�����V���������B�@���� ��!������ $��"������� ����+������������� `����/� ������;�F��������#���~�����L�&�C����������[��FF*�����+�������<���$��������������[��FF:j[��#//����/����������&����$����!�����������&����"�����������#������$����Both the plagioclase dunite and troctolite are mostly composed of subhedral to euhedral ��V���`��'F�����*����EF�"������[� ���!���V��Bj��������������!��/������������"����amounts of clinopyroxene (< 2 modal %) and spinel (< 1 modal %). All the samples are intensively altered to serpentinite. Thin-section observations reveal that these samples ������B��W�@����!��#��"��!���"�����"���W�#���`�/����[�@j[�����������������������"�����W�#����$�����������!����C�����#��������������������`��/�[�}�&������}��-��&��[��'**j����V������W����V��B���!������@B����!����������"�/�����[������#/����-V�������������!�����V�������"��!�����`�/����[�@j��L���</��#"@���¯�¤��FF�</U`</���Fetotal) atomic ratio] of the olivine cores in the plagioclase dunite and troctolites ranges $��"�'�����::�����"����V��#������#���::[������������$����!��������"����V���@������/-�/�$��"�:F����'*�����"����V��#������#���'���|�#���[������������""���"������������������!�������[��������@���V��[����������������������!����/���V�����!��������L������!��������� �#@������� ��� ��#��� �� ���!������ �����V��B�#�����������"!����� ���������igneous minerals. The plagioclase in the troctolites has experienced varying degrees of al-���������L�������������!���������#�������!��/�����������"���B���"!������$�V��B�Q���/�������������[�!�����������"�����"�#�����$�/����#���U�B���/����#��������+��`�Yj��Small veins consisting of prehnite and chlorite commonly cut highly altered parts. The olivine gabbros are also affected by serpentinization, although the degree of

Page 168: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

160

alteration is less than in the plagioclase dunite and troctolites. Most of the olivine (85 - 82 $���</�j���!����B���!������@B����!��������"�/�����[�������������#���������$���������adjacent to plagioclase. Microfractures in the olivine crystals are lined by serpentine to-/����������Q���/������"�/������̀ �/����j�����!B��W��������!��/�����������/�������B������!�����V�����������V���/�@@���������������"�#�����$����"�������!����/�����!B-roxene rims and plagioclase.����/���#�������!������V��������������@#��������������"!���[�"�����$��������V��"�/-netite (Fig. 2). This type of veining is commonly observed in serpentinized abyssal pe-��������`��/�[�+�������������[��FF*j�������V�������/�@@�������&��`������������[��FF:j[������&��B�$��"��������"#����$�������V�������������B����!����C���̀ |����������[��FF�j������������������!����C����[�����!��/��������#�������#@�������������������/�����%����

��������/[����#���/���������V���!"�����$�@���������������������WB�B���W���

(a)

(b)

(c)

Mt

SerpSerp

Ol

Ol

Serp

Vn

Ol

Serp

Serp

Mt

MtSerp

SerpSerp

Mt

Ol

Cpx

Cpx

Pl

Figure 2. Photomicrographs of the olivine-rich gabbroic rocks from the Uraniwa-Hills. (a) Mesh texture composed of serpentine and magnetite in a plagioclase dunite. Relict oliv-ine crystals are partly recognizable. (b) Mesh texture composed of serpentine and magnetite in a troctolite. Relict olivine crystals, as well as serpentine + magnetite vein, are also iden-���� *���'�{ �������<�� ���� <��� �����<�serpentine and magnetite in an olivine gabbro. Clinopyroxene and plagioclase are relatively unaltered. Mineral abbreviations: Serp = ser-pentine, Mt = magnetite, Ol = olivine, Cpx = clinopyroxene, Pl = plagioclase, Vn = serpen-tine + magnetite vein. Scale bar represents 0.5 mm.

Page 169: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

161

5.5. Discussion

5.5. Discussion

5.5.1. Origin of the high H2�������������������LB��&����

The exceptionally high H2���������������������XY��%#���������"��&�@������������@�������������V����%#��������"����B�����������/��������������V������������$�"�/��#���������Y2��������������������C�/����������"��������"�������"���B��$�����XY��%#������#�����������������@�����[�\���������������^�""�`�FF�j�!��!�������"������������basalt�������������������������������B����!���@���$�������%#�����"���B[����������#�-usually high concentration of H2���/���������@B�!���!����������������$�"������#�Q���"������[��#�����N

(1) Fe2+ + 2 H2 �£��� 2 + 2 H+ +H2,`�j� #+ + Fe2+ + 2 H2 �£�#�� 2 + 0.5 H2 + 3 H+.

Table 1. Selected chemical and thermodynamic parameter

Kairei 6 Edmond 12 Comment

Temperature (°C) 365 370 aFe2+ 6.0 13.1 a, dlog aFe2+ -6.19 -6.17 blog aH2S -2.41 -2.33 apH (@25 °C) 3.44 3.13 ain situ pH 4.42 4.17 b�H2 1.214 1.301 cobserved H2,aq 7.9 0.25 a, dLog K (rxn1) -2.17 -2.20 epredicted H2,aq 0.055 0.027 b, dLog K (PPM) -3.68 -3.64 fpredicted H2,aq 0.86 0.99 b, dLog K (methan.) 8.59 8.35 g£+methanogenesis -20.0 57.3 b, h

a: From Gallant and Von Damm (2006)

b: Calculated from data in Gallant and Von Damm (2006)

c: Calculated (see text)

d: in mmol/kg

e: = �* 10^[log K + 2*pH + 2*log aH2S+log aFe2+]

f: = �* 10^[(log K + 2*log aPo)/(4/3)]

g: CO2,aq + 4 H2,aq = CH4,aq + 2 H2O

�����������

Page 170: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

162

We calculated the equilibrium concentration of H2 predicted for reaction (1) to as-�����$�"������#�Q���!���!����������V�@����W!��������$��������@���V���Y2 concentra-�����������X����V����%#����L���Y2 concentrations controlled by the PPM (pyrrhotite-!B����"�/�����j�@#$$���`��!B����������EU��Y2��¤��U��"�/��������!B������EU��Y2j����������� ����#������� ���#������� ����� ����#����� $��� ���� V���� %#��� $��"� ���� X���� ����_�"����Q�����������V���"������"!����#����`L�@����j�����������Y2 concentrations for ��������`�j�����±�F���"<���@����%#��[������������<�@#$$�����!�����������/V��Y2 ���������������$���"������"<��L������������������������"��������W!��"������Q���/�����������������!���������$���@�����������������������������EFF����E���;�` �B$����������[��FF�j����������$�������������������W!���������/����V�����$�Y2���X����%#���`:�mM), and reaction (1) falls short of supplying enough H2 by a factor of 140. These simple ����#��������#//���[� �����$���[� �����"������#�Q���!���!��������V��B�#��&��B����!��-sible for the unusually high concentration of H2�������X�����B�������"���%#���

Y�V�/��#�����#������!���@��B�������B���/���!���#��/�����������������@����������������B���"�����!���#���:�"<�Y2[������W���W�"���$��������������������������-������ ���&�� �W!����� �� ����V���B��$� ����XY��!��V���� ��V�@��� �W!�������� $��� ����high H2��������������"���#����������X�����B�������"���%#��������������&�����������������!����C������$�"������!��������[������������"������@B���V��[�/����������W-tremely H2������B�������"���%#���`��/�[�|������������[��''���}��C������� ���&[��FFF��+��������� �B$���[��FF�j��+����#/�������������������&��$��"������������Y������������typical mantle peridotites, this process could also provide the H2��������X����V����%#��[�$����������&��������������#/����V������!���#���Y2 during their hydrothermal altera-tion.

L���V���/���������B���/���/�����������!���B��$� ���������[��������#�����/��-���"������������!����"���������#��������$����������������������������������EFF�;������FF�@��[�#��/���@#�&����"���B��$� �B!����������� ��������������#������@��������typical primary modes of 75 % olivine, < 25 % plagioclase, and < 5 % clinopyroxene `L�@����j��|���#�������!��/�������/������������������������������������"!���[���������-��������������$�������/����!��/��������������#"������@��+�:F�`!��/�������!������B�����"!�������$�!�"�V�����@����������&�j������@#�����$��"�������!������̀ �!���[���-

Table 2. Composition of rocks used in reaction path models

wt. % Troctolite Basalt

SiO2 42.3 51.5Al2O3 6.4 16.1FeO 8.3 8.4MgO 39.0 8.5CaO 3.6 11.4Na2O 0.4 3.0

Page 171: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

163

5.5. Discussion

���!B��W���j��������/�������$��"���������#������@���#����$�����������@#���������L���"��������#�����������������!����C������$���������������������������������������&������of unity can produce more than 16 mM of H2[���������"�������Y2 concentrations in V����%#�����#�/�$��"�@���"������"������@B�!��������`�����#�������[��FF��� ��"���et al., 2007).

$#$#"#�<��������������������������������N��/���@�����������������

L������!����C������$���V���!���#��/��B���/�������@�����������N

(3) (Mg0.9Fe0.1)2SiO4���E�U�F�Y2��£�� � �U��</3Si2O5(OH)4����U�F�</`�Yj2����U�����3O4����U���Y2. � � ��V�����������£����!��������@�#������"�/���������B���/��

����#����"!���[�����V��[���V�����B�������������������������&������!����B������"!�����B���!������@B����!��������"�/�����[���������@�#���������������B��@������|�#������#�-stable at high-silica activities, such as imposed by an external source of silica, according ��������������N

(4) 3 Mg(OH)2 + 2 SiO2`��j�£�</3Si2O5(OH)4 + H2O

@�#��������#��#�������£����!��������������

L����@�������$�@�#���� ���#����"!����"�B� �����$���� "!�B� ����� ������ ���������#��@B�high-SiO2����V�B�%#���!���#�����#��/�!��/����������������L�&�/����������������������@�������$�@�#������������������"������"!��������$���V����������!�����[� �������!����C��������������$������������������&����#���������#����B�@���������������@�N

(5) 2.85 (Mg0.88Fe0.12)2SiO4 + 0.67 SiO2(aq) + 3.66 H2��£� 1.76 (Mg0.95Fe0.05)3Si2O5(OH)4 + 0.14 Fe3O4 + 0.14 H2

��V�������#��#���������������£����!��������"�/���������B���/���

L���!���������$��"�����"�#�����$��������!����/���V��������������������#������������[�because talc is stable only at relatively high-SiO2 activity conditions (Fig. 3a). The presence of plagioclase could cause relatively high SiO2 activity in the re-������%#���#��/������������$� ���� ���������� ���&�[������������ $��"������$��@���V���chlorite-rich coronas at the olivine-plagioclase contacts. The replacement of plagioclase

Page 172: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

164

@B�!���������&���!����������������V��������������������������!�����������@���`|��������X���[��FF:��������������[��FF:j��L����@���V���@���&������$�!��/�������������V���to prehnite and chlorite

`�j� �+�2Si2O8 + 1.25 Mg2SiO4 + 2.5 H2��£� � F����2Al2Si3O10(OH)2 + 0.5 Mg5Al2Si3O10(OH)8 + 0.25 SiO2(aq)

log

aSiO

2

-5

-4

-3

-2

300 350 400

Temperature(oC)

B

TlcSrp

SrpOl

SrpBrc

OlBrc

grams of basalt encountered

log

mol

es d

isso

lved

spe

cies

450250

-1

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0 2 4 6 8 10

A

H2

SiO2

H+

TlcOl

Qtz saturationKairei soln.

troctolite calc.

peridotite calc.

Qtz saturation

Figure 3.���'������ �\������������������������{���{2-H2O system as a function of temperature and activity of aqueous SiO2 at 500 bars. Quartz saturation curve is shown as a dotted line. Composition of the Kairei hydrothermal solution is shown as white star, and that of the hydrothermal solution in equilibrium with troctolite is denoted by the dark gray star. (b) Change in concentrations of H2 and SiO2(aq), as well as pH, in the hydrothermal solution as a function of weight of basalt encountered and reacted with the solution. Calculations were performed at the P-T condition of 400 °C and 500 bars.

Page 173: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

165

5.5. Discussion

� � �����������$�����������������£�!�����������������������!#��#������

�� �W!������ ��� !������� ��� ���� ����� ���V���[� ����� �� ����� ��� �� ��#���� �$� ������L���equilibrium silica activities of this reaction are much higher than that of forsterite-talc ��#�@�#"N

(7) Mg3Si4O10(OH)2�¤�����</2SiO4 + 2.5 SiO2(aq) + H2O

� � �����¤�$������������!#��#���������������

� �����!��#�@���������#"�[������[������������������������#�����������!����"�����$���V���@B�������#�������@���V������������Y���������������L���!���������$�/����#���[�����V��[������/�B��������������������������V���������!��B�����������#��/����!����-C������\����#����$��"�����B����V��B�������������V����`"#��������������$����������������#�@�#"j[��#�����������!��/���������"������������/������������������!����C�-����%#������������������V��������@#$$��������V��B�����V��#���@B�@�#�������!��������#�@�#"�`����������|����[��FF*��|��������X���[��FF:j��L��������������������������a range of SiO2����������������������������%#���$$�����������������Y��������������

L�����!����"�����$�!��/�������@B�/����#������@�����W!������$���"!����#���������@�������F����EF�;[�@���#���@�#���� ���������@�������/���� ��"!����#����������#��������#��#����������V�B��$�������V��]���!������@#$$�����������������/�B�������"!���-�#��� `<�����"� ���� |���[� �FF:j�� |�#���� ���� !��@�@�B� �������� �#�� `��� �����V��� @B���������j��#@���#�����������/����#����$��"������L�"!����#���������/������������������C�����$�����XY��%#��[�������������������������@�������������������B�"������/B��$�������������������� ����V����%#��� ������ �!!�������}��� ��������#����� $����� ���&���"!��-������������#���"���������#�����������W�"��������������#�@�#"�!��������������������������������������B���"��������EFF�;�������������"�����%#����"!��������"!���������������$�����V����%#���L���"��������#�����#//���������������������"<���#��#�� �2 ������������/�%#��[����������/���B��/���������������������!��������������������-�#�������`F���"<�����V���/���}��C������� ���&[��FFFj���������������� �2 concentra-������@���V���������X�����B�������"���%#���`���*�"<j[��������"�����������#���C����#�����[�����"#����/���������������������������!�����������������������������������������"�����`�/����j�� ��������@���V�������!������������������������������������can explain the high H2���������������������XY��%#�[����B�$����������#���$��������/��SiO2���������������L���"!����������$������������������������������������[� �2 must ��V��@������������"�����������/�����%#��%���!�����$�����X�����B�������"����B���"�

Page 174: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

166

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.840.92

Fo mol % of olivine

NiO

, wt%

Ol-gabbro

troctolite

Pl-dunite

mantle olivine array

0.90 0.86 0.82

Figure 4. NiO vs. forsterite content of olivine in plagioclase dunite, troctolite, and olivine gabbro samples from the Uraniwa Hills. Mantle olivine array (Takahashi, 1986) and compositional range of mid-ocean ridge basalts from FAMOUS segment on the MAR (le Roex et al., 1981) are shown for comparison. Note ���� �������� ��������� ��� ������������������� ��������� ��������� <� ���� ���� ������� <���� �mantle peridotite, but similar to those of mid-ocean ridge basalts.

log

aH2

(aq)

log aH2S (aq)–5 –4 –3 –2 –1 0

–5

–4

–3

–2

–1

0

1 H2(g)H2O

Hz

Pn

Mi

Aw

Hm

MtPy

Po

Bu

RainbowKairei

Figure 5. Phase diagram for the Fe-Ni-S-O system at 400 °C and 500 bars (Klein and Bach, 2009). Fe phas-es hematite (Hem, Fe2O3), magnetite (Mt, Fe3O4), pyrite (Py, FeS2), and pyrrhotite (Po, FeS). Ni- and Ni-Fe phases are awaruite (Aw, Ni3Fe), bunsenite (Bu, NiO), millerite (Mi, NiS), heazlewoodite (Hz, Ni3S2), and pentlandite (Pn, (Fe,Ni)9S8'*������������������<����� ������ ������������������<������� � �� �-������������������"��������<������� �� ���������� <*�[����� ��^2-aH2S conditions for troctolite-seawater and peridotite-seawater reactions in early stage of the serpentinization are shown as light and dark ���<����������������� <*�������������������������� �����������������������"�������\����*

Page 175: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

167

5.5. Discussion

$#�$#8#�*� �/�������������LB��@����&����� �������

� }����V�����#����������@�������������������������������W!����������������������$�"����������V�����"!��������$�����V����%#��[�����������������������������������������W!����������"��&�@����/��Y2����������������$�XY��%#����L���X�����B�������-"���Q�������������������@�����������������$�����&��B����������V����%#���������������@��������� �������B� ��� �������%����������!�� ����%#��� ������/��� ����#/�� ��������������������/��� ����#/�� @������ ���� ���� V���� %#�� ��"!������ �� �� ������� �$� @���� ���/����L������� $��#������������������W!���� ����%#�����"���B[���/�����"������������!����"����[�#��/��������������&����"������"!��������$���������������@������`L�@����j�������"!#��������������������������������������������[�������������/�������"!����#������EFF�;�`������������&�"����������$��j[�������������#���/�%#������!��/����V��B�������������@������`Q����������������&�"����������$��j��L������#�����$�������"���������#�������`�/�� �@j� ����� ����� ��������� ���� ���B� �"���� �"�#���� �$� @������ `±� �� /� @������ !��� &/�%#�j� ���� �������� �2� �� �B�������"��� %#��� ����� !��V�#��B� �������� ���� ����������close to quartz saturation (Fig. 3b). These results suggests that even limited interaction @�����������%#�����������@���������������&��$�����XY����#���!���#��������/�� �2

���������$�����X�����B�������"���%#����Y2 is not predicted to decrease notably during ����������������"�����"�#�����$�@�����������B�������"���#!%���C�����L���!��!�����hybrid model can hence explain both high SiO2 and high H2 concentrations.

Olivine-rich

Ridge axis

Uraniwa-Hills

mafic rocks

rocks

Kairei Hydrothermal Field

Heat source

mafic rocks

Hydrothermal circulation

12

Figure 6. Schematic representation of the hydrothermal system at the KHF. (1) Hydrothermal reaction of circulated seawater with the troctolitic rocks in the Uraniwa-Hills results in the unusually H2-rich, but CH4-�������<������� �\���������������^}*���'�����|������������������ ������������� <������KHF could cause the high concentration of aqueous SiO2�������������<������� �\���*

Page 176: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

168

$#$#9#�J����������������������� ������������������

� ����$#������!��#����B��$�����XY��%#�����"�������@���W!���������������Y4 ��������������� LB!���� !��������������� �B�������"��� �B���"�� ���� &����� ��� �W�@���/��Y4���������������`���#���������"<j�����/���������Y2-enrichment (Donval et al., �''*�������#�������[��FF�j��������&�/���������[�Y4����������������$�����XY��%#��������#�����������������������@B�@�������������_�"�����Y��%#��[������������$�������$��F������H2�`����^�V���������[��FF���L�&��������[��FFE��\���������������^�""[��FF���X#"�/��et al., 2008). In H2�����!����������������B�������"����B���"�[�Y4 is considered to be !���#����@B����#������$��2N

� `:j� �2 + 4 H2�£�Y4 + H2O.

� ��� �� &����� ����� ���� �������� &������ $��� ���� ���#����� �$� �2� ��� Y4 are ��#//��� #����� �B!���� �B�������"��� ��������� ` ������� ��� ���[� �FF�j�� L����-$���[� ���� �������L��!���� �B!�� `�LLj� ��� �@@����� �B������� ���� "����� ����B�� ���U��� �W���� "�B� !��B� �� ������� ����� �� �����BC�/� �$� ���� $��"����� �$� Y4 in hydro-����"��� %#��� `��/�[� Y����� ���� |�����[� �'''�� ��#���#&��� ���� �B$���[� �FFEj������� ����B�[� �#��� ��� ����#��[� �!!���� ��� @�� ��� �W�������� �����B��� $��� �2 conver-���� ��� Y4 during serpentinization of peridotite (e.g., Horita and Berndt, 1999). LB!����"������!����������&�����������������������@����"�#�����$��[�"���B�����-�/�����V�����B������������������[������������������$���V���������������������V���/�@@��� ��"!���� ���� �/�Q�����B� ������ `�/�� Ej�� |���#��� ���� �"�#���� �$� ����� ����B�������B��$$����������������&�������$��������#������$��2����Y4 (Horita and Berndt, �'''j[��������������������������$�����#������#������������B��������$��������LL��B����-����������������Y�������&�[����#���/���������������������������$�Y4 relative to H2

������XY��V����%#�������������[����������B������@������B����������������������������$�V��B�����$�2��������������V�����$������#�$#���!�����`�����[��':���X��������|���[�2009). Assuming that fO2 is mainly controlled by SiO2 activity during serpentinization (Frost and Beard, 2007), relatively high-SiO2 activity of serpentinization of the troctolitic ���&��`�����������@�V�j���#������#��� �������V��B��/�� fO2 conditions compared to ser-!����C������$��B!�����@B�����!���������L����������������&������������W!�����������V��higher S content than typical mantle peridotite due to its high incompatibility (Puchelt et al., 1996). Both high fO2������/�� ��������������������������������V��B��/���#�$#�����V����!�������� $��� ���������������$� ���������� ���&������������B�����������V���!�#����� ������ ��������� ���� ������[� ���#�Q���� `���C��������� ���� "������j� @���"�����@���`�/���j��L��������W!���������@�������$����������B����������!����C������������������������� ��!���@������������#��[������#/�����#������������������B���"���!����-����[�!��B����!V�����������������BC�/�"�������$��"�����$��"��2 reduction, so that "��������������$��"����/�Q������"�#�����#��/�%#��������������������������[���

Page 177: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

169

5.7. Acknowledgements

���������#������!!������B�����!��������+�������V��B[���������������"���$�����%#����������/����"!����#�����������C���������������������������$����/�Q�����"������/������� L��� !������/���� ���� ����������� ������������� ����� #�� ��� !��!���� �� %#�� !����"����� ����W!������������X�����B�������"���%#����V��V���`�/���j�� �������� �� ��-����/��������������������#���������#��������������Y���[����������#@���#�����B�������-"��������������������������������&��!���#�����B�������"���%#��������/��Y2�@#������Y4����������������L����B�������"���%#���������$#����������@����������&��#�����B�/�����XY�������������/�/[�����@���"������������� �2. These processes in the Kairei �B�������"����B���"�!���#�����������������"���B��$������B�������"���%#���

5.6. Conclusions

��!����C����������������&������V�����$��"������������Y���[�����&"�������$�����XY�[�!��V���&�B���/��������������/���$�#�#�#������"���B��$�����X�����B���-����"���%#����Y/�����������������$�Y2�������X����%#�����������@#����������!����-C������$���V����������������������&���+����������$�!��/����������������&���������� �2 ����%#����#��/� ���!����C����[��������#��� ���#��� �� �����V��B��/�� fO2 condition compared to serpentinization of typical abyssal peridotite. The higher fO2 condition, as ���������/���#�$#�����V�B��#������/���#�$#�����������$������������������&�[���#������#����������������#��������$����������B���������&���������W�������������B����$��������LL���� �@@������B��������L�����#���������������������#!!��������$�Y4 formation, resulting ������#�#�#���B�����Y4UY2�������$�����X�����B�������"���%#����L����B�������"���%#��!���#����@B� ���� ���������$� ���� ���������� ���&�� $#������ �����������@���������������&��#���������XY�[�@���"�/��/��B����������� �2. It is concluded that combination �$����������������������������������/��������������C���������������������Y���������#@-sequent basalt-alteration at discharge zone under the KHF causes the distinct chemistry �$������B�������"���%#���������#!!��������#��#��"���@�������B���"�

$#Q#�*�+������������� � }������V��B�"#������@�������+�����{���������$����������$#����V����$�����"��#-���!���}���������#����&���������&�§���"���������� ��&����FF��!����������"�����<������������������������$������U��§�&��#&��$���������&��$#���#!!���[�����������!@����������Q��!���B�$���������V��#�@��������@��������#��/�����§XF������#���������#�-�V����""�����@B������{#�������#�����|���������������/�����B�"!��V��������#���B��$�����"��#���!���L�����#�B�����Q�������B��#!!������@B�����\��������+��$��� ����Q�����������$��"�����<����B��$�_�#�����[�#��#��[� !����[� ����������L�������/B��$�

Page 178: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

170

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

��!���`<_©Lj�`�����E���FF�j[��+< L_�"#������!����B����������!��"�����/��������������+�������������$�"�����������$������#/��_����������B�[������������/��"�$����"!��V�"�����$����������_�V���"����$���§�#�/�������������$��"� !�����������-�����#����$������"���/� ����������L�������/B[���""�������@B�����<_©L�

Page 179: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

171

References

References

+����[� ^�_�[� �B$���[� }�_����[� �FF��� �"!�������� ��������� ��� V���� %#��� $��"�#����"�Q��������� �B�������"��� �B���"�� ��� "�������� ��/��N�+�� �W!��"��������#�B����EFF�;[��FF�@�����\����"����"���"��+�����*[��������E��

+������[�<�[�<�V��[��[�|�#����[�+�<�[�_������[���[��FF*��̂ B��"����������������!��������B�����C�������V���N���������������B�������!������������������!����������\�����"��\��!�B���\���B���:[��F�F��[���N�F��F�'U�FF�\FF��*��

|���[�}�[���#��&[�Y�[�\�����[����[�����$����[�|�[�<�#���[�}���[�Y#"!���[� �_�[��FF�������V���/� ���� ���#����� �$� ���!����C����� ���������� !����/��!�B[� "���������"���B[�����!����!�B�����$����!��������$��"�<+����;��̀ �^��{�/��F'[� �����*Ej��\��!�B��������{�������[�{���F�[���N�F��F�'U�FF�\{F���:��

|���[�}�[�X���[���[��FF:��L���!������/B��$����%��������/���N���/����$��"�/�����"������������!����"�����/��{����[���N�F��F��U���������FF:��F�F���

|�����[� <�_�[� +����[� ^�_�[� �B$���[� }�_�[� ���[� �''��� ���#����� �$� ��� �#��/����!����C������$���V�������FF�;������FF�@����\����/B��E[�������E�

|���&"��[�^�X�[����[�����[��������[�|�[� "��[�^�X�[��'':����/���$��W����������������"!��W��N�_V������$��"�����<��+���������/�����+������������#���~��������Geophys. Res. 103, 21315-21333.

�����#[���{�[�^��V��[�����[���#�#��[�§�[������|�!����[���[�Y��"[���[��FF���\�����"���B��$��/��Y������YE�V����%#��� ��#�/� $��"�#����"�Q�� ���&����� �������@����B�������"���Q����`��;�E��[�<+�j����"��\������'�[��E����'�

�����#[���{�[�^��V��[�����[�X���[��[�|���[�^�[� #���&�V[� �[������|�!����[���[���#�#��[�§�[� ����Q������B��$����� _��_�L��_���#��[��FF:��Y/���B���/��������@�����B������@����$��"�����#����"�Q���B�������"��������@���������;��������;���������<��+���������/�����#�����$����� _��_�L��_���#����_� �L������+\�[�88, Fall Meet. Suppl., Abstract T51F-04.

^�&[�Y���|�[��������[���Y�[�+��[����[�|���[�}�[�|���#[�̂ �[�\��[��� �[�Y�//��[� �[�Y����/��[���\�Y�[� Y���[\�[� Y��"[� ��<�[� ����$����[� |�[� ��#����[� \���[� ����[� |�_�[� X����B[�^� �[�X&���[�_�[�X�/���[�+�[�{���#W[�����[�<����[���[�<�B��[��� �[�<����[�^���[�����#��[�Y���[��#[�§��{�[���@����[���L�[� ���[���[� ��!���[���+�[�L�"@B[���}�[�}��"[�Y����[�+����[�§�[��FFF��+����/�����#���������$��������������������#��N����#�����$��^��{�/��*�������/�������� �#���������������/���_�������������� ���{������*'[�������

^��V��[�����[������#[���{�[�^��V���[�_�[����$����X����B[���[���#�#��[�§�[����C�V���[�_�[������|�!����[���[� ��V�����[�<�[�\��"��[��[��{��_ ��#��� ����Q������B[��''*��Y/��Y������YE������������B�������"���%#���$��"����@�����������B���"!���������;�E�����������+<+����/"����<��+���������/��̀ �V�/��{��_ ���#��[��#�B��''*jN��"!����������������<+��������_� �L������+\��*:[������Meet. Suppl., Abstract V51E-06.

Page 180: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

172

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

^�#V���[���[������#[���{�[����&���[�_�Y�[�|��V��#[���[���V������[����[�^��V��[�����[���#�#��[�§�[� ���#�[� ^�[�+!!��#[� ��[� �FF��� L��� ���@��� V���� %#��� `��;�E��[�<+�jN� ���� �%#����� �$� #����"�Q�� ���&�� ���� !����� ��!������� ��� ������ "���������������<��+���������/���B�������"���%#������"��\������:E[��*�E:�

��#���#&��[�^���[� �B$���[�}�_����[��FFE��YB������@�������B�������"���V����%#��N�L���role of chromium-bearing catalysts. Science 304, 1002-1005.

�����[�|���[��':�������������@��B��$��#�Q���[��W���[��������V��"�����������!�����������Petrol. 26, 31-63.

�����[�|���[�|����[��� �[��FF*�������������V�B��������!����C�����������������E:[������1368.

�����[� |���[� |����[� �� �[� <�\�/[�+�[� �����$$�[� _�[� �FF:�� L��� $��"����� �$� "��������/���� $��"� ��^�� Y���� ���F'^N� X�B� ��� #����������/� ���� !������� �$����!����C����������������[�E'[���*'���::�

\������[���<�[�����̂ �""[�X�{�[��FF���\�����"�����������������B�������"���%#���$��"�����X��������_�"��������������[���;���; [����������������/���\�����"��\��!�B���\���B���*[��F�F�:[���N�F��F�'U�FF�\FF�F�*�

\�"�[�L�[��@�[�Y�[�§�"���&�[�L�[��&#����[�L�[�Y���"���[���[�L�#����[� �[����@���[���[�X����&�[� �[�L�#��/�[���[��&�"#��[�X�[� ���[�§�[� ����[���[��FF�����"������������������ �$� ����B� ����V����� @���&� �"�&��� %#��� ���� �����������B�������"��� !�#"��� ��� ���� ����/#�C� L�!��� �#�����[� ������� ������ ��/���_������������� ���{������'�[��*���*'�

Y���"���� ��[� ����[� �[� \�"�[� L�[� �@�[� Y�[�§�"�/#��[� L�[� L�#����[� �[� �&#����[�L�[� }���@�[� Y�[� §�"���&�[� L�[� X��C���[� <�[� �FF��� ����� �B�������"��� V����communities from the Indian Ocean discovered. Zool. Sci. 18, 717-721.

Y��/����[�Y��[��'�'��L���"��B��"����$��B�������"����B���"��������V�������"!����#��������!����#�����+"����� ��[���[�*�'�:FE�

Y����[���[�|�����[�<�_�[��'''��+@�/����"�������$��"�������������!��$�����������under hydrothermal conditions. Science 285, 1055-1057.

Y#"!���[� �_�[� ~����@��/[� ��+�[� <#�����#W[� �[� L��"���[� ��_�[� �''��� ��%����YB�������"��� B���"�[� ��B����[� ��"���[� |���/���[� ���� \����/����Interactions. Geophysical Monograph series 91. American Geophysical Union, }����/���[�^��[�E��!�

��������[�Y�}�[�<����[�<���[� �':���\��"���@���/B��$� ���!������B�������"���V������Science 229, 717-725.

�������[� ��}�[����&���[�_�Y�[�Y��/����[�Y��[� �''��� ���L'�N�+� ��$������!��&�/��for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, ��#��#�� �!����[� ���� ��������� $��� �� ��� �FFF� @��� ���� F� ��� �FFF� ;[� �"!#���Geosci. 18, 899-947.

X����B[�^� �[�X�����[���+�[�|���&"��[�^�X�[������\����[�\�{�[�|#����Q���[�^�+�[�{���B[�<�^�[������[�_���[� �����&[�<���[����[�X�X�[�{�@��[�\�L�[��VCC/��[���[� ����

Page 181: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

173

References

+L���F� �!@���������B[��FF���+���$$��W���B�������"���V����Q�������������<��+���������/������F;������#���E��[��E���E'�

X����B[�^� �[�X�����[� ��+�[���#��\����[�\�{�[�§���/��[�^���[� ���&[�L�<�[�|#����Q���[�^�+�[�Y�B��[� ��<�[� �����&[�<���[������[�_���[�����&#����&[�\�[� ��&#@�[�<�[�|�����B[�+�[�{�����[�|�[�{#��/[�X�[�\��&���[�^�[�|#�&"��[�X�[�|�����B[�+� �[�|��C�����[� }���[� ���[� X�[� _����[� <���[� ^�����#�[�+�[� |��������[� �<�[� {���B[�<�^�[� |�����[� ��+�[� #""���[� ��_�[� B�V�[� ���[� �FF���+� ��!�������Y������_���B���"N�L���{�����B�YB�������"��������� �����[��F*[��E�:��E�E�

X���[� ��[� |���[� }�[� �FF'�� ��������� � !����� ��������� �� !���������������������������������������[��F[��*��'[���N�F��F'�U!������/BU�/�F*�

X#"�/�[�Y����&�"#��[�X�[�<������[�L�[�L�&[�L�[��&��[�X�[� �@#B�[�L�[� ���/#��[�L�[����[���[� ����"�[�<�[� ���[�L�[�L�&�[�X�[��FF:��\����/����@��&/��#����$�����X��������_�"�����B�������"���V����Q���������/��������������������/�N����/����������������������"���B�@������������V����%#����\��%#��[�:[���'�251.

��� ���W[� +���[� _����&[� +���[� ������"[� Y�^�[� �':��� \�����"���� ���� "������/�����V������$����������#��������$�����������������������"�/"���B!���������®��"�#�����/��������@��<��������������[�**[��E��*�

<�����"[�L�<�[� ���&[�_�{�[��'':����#�����&���������������������������������#��N�L���"��B��"��"�������$��B�������"�����������������\��!�B���������F�[��E*�575.

<�����"[�L�<�[�|���[�}�[��FF:��L���"��B��"���������������YB���/���\���������^#��/� ��!����C������$������"�Q�����&���\����"����"���"��+���[���N��F��F��U��/����FF:��F�F���

<�������[�|�[�^�V�B[��}�[�\��"��[����[�{��&������C[�X� �[� �$���[���[�}�����[�<�[�<������[��[�§���/��[�^���[�|�&��[�_�L�[���#��&[�Y�[���&�"#��[�X�[��FF:��������V������$����/����"!����#����$$��W��V����/��$����!���#����U"����������N�L����@��#�/����B�������"���Q���[���#������<��+���������/���_������������� ���{������*�[�����'�

<������[�L�[�+��[� �[�\����[�^�Y�[��FF����_V��#�����$�����+�������!B��W�����������Y���"��� ��������[� ��!��N� ��� #�#�#��� �������� �$� "�����"����/� %#���� ���Petrol. 44, 1237–1246.

Morishita, T., Arai, S., Tamura, A., 2003b. Petrology of an apatite-rich layer in the ������!���/�!���!�������[��������}�������+�!���"!��������$����V��#�����$���"�����"����/��/�����{������'[��*]E'�

�������[�X�Y�[����/�&[���[�L�&�[�X�[��FF���YB���/�����V����#@�#�$���������#�����!���"���@�������B���"�` {<_�jN�������B��W���������B����#�������������L������Microbiol. 13, 405-410.

�#�����[�Y�[��������[�Y�<�[�|�����[�~�[�<�B����[� ��[� �''��� #�Q���"������/B[� �#�$#���������[������#�$#������!����"!�������$�"�Q������#����"�Q�����&��$��"�{�/�

Page 182: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

174

5. Serpentinized troctolites near the Kairei Hydrothermal Field

147. Proc. ODP, Sci. Results 147, 91–101. ��"��[�X�[�X������&B[�+�[�\��@�� ��=�@��/[�^�[������V����[�{�<�[� �$���[���[��FF*��

\�����"���B� �$� �B�������"��� %#��� $��"� ���� #����"�Q��������� {�/�����V��B�������"��� Q���[� ��;�� ��� ���� <��+������� ��/�N� L�"!����� ���� �!�����investigation. Gem. Geol., 242, 1-21.

������[��� �[�~�����V[�<�§�[�<�����"[�L�[��FF���_W!��"�������V���/������$���/������@�����"!�#����#������B�������"�������������\����"����"���"��+����70, 446-460.

�B$���[� }�_����[� ^�/[� X�[� ���[� |�[� �FF��� _W!��"������ ���@������ �$� "������@���!��/��������!�����%#�� ��#�@��� ��� ���V����� ��"!����#���� ���� !����#���N�+!!�����������������"���B��$��B�������"���%#������"����������/��[���}��������&� �����������[�����^�!���������_�V���"������\�����"���BN�+� ��@#��� ���^�V��+�������[�!!����:��*:[�L���\�����"���� ����B[�

!���[�����[�<��������[�X��[�+������[�L�[�|������[���[������C�[�+�[�����@�[�^�[��W[��[�^�C�\����[���<�[�����������#[���[�\#������[���[�Y��&��[���[�Y�B"��[���[�Y������[���[��#���#[�L�[�X������[�<�[�{�����[���[�{#B���B&[�|�[�<����#/���[���^�[�<����[� �[� ���"��&[� }�[� ���#��[� ��[� ���/�[� �[� �':F�� _���� ���Q�� ���N� Y���Springs and Geophysical Experiments. Science 207, 1421-1433.

L�&�����[� _�[� �':��� ��/�� �$� @������� "�/"���"!������� $��"� !�������� "����/��W!��"��������������V���$�����������"������|#�������������� ������!����F[�17-40.

L�&�[� X�[� \�"�[� L�[� L�#��/�[� ��[� ��&�B�"�[� ��[� Y��B�"�[� Y�[� �������[� X�Y�[�Y��&���[�X�[��FFE��\�����"��������"���@���/�����V������$������B���/���based, hyperthermophilic subsurface lithoautotrophic microbial ecosystem `YB!�� {<_j�@�������������V�����!������B�������"���Q�����_W���"�!�����:[�269-282.

L�&�[� X�[� ��&�"#��[� X�[� #C#&[� X�[� ���/�&[� ��[� �������[� X�Y�[� X#"�/�[� Y�[� �FF��������"�Q���YB�������"���"�YB���/������YB!�� {<_�`�����Y�j� ��&�/�N���&�B���/�����������B�"���@�������B���"�������+����������!������B�������"���systems. Paleontol. Res. 10, 269-282.

L�&�C���[� _�[�+@�[� ��[� �B���[� <�[� <�#���[� }���[� �FF*�� YB@��C����� �$� �#���� ����/�@@����"����������Y������*�|�$��"�<��+���������/����;�N��"!��������$��� "���� %��� ���� �������� �� ���� #!!��� "������� ������ �^�[� ��� ���#���� �F'[���N�F��'*�U��!�!��������F'�FF���FF*�

���� ^�V��[� �{�[� �FFF�� L��� _����/B� �$� ^��!� ��� YB�������"��� ������� ���������University Press, Princeton, 352p.

����^�V��[��{�[�Y#"!���[� �_�[�������[�^�[��V���#/�[��<�[������[���[�\�$$���[� �X�[�Y���"���[���[�{���B[�<�^�[���B���@���[�+�{�[� ���&[�L�<�[�����^�""[�X�{�[� |����[� +�[� \������[� ��<�[� \=�C[� ^�[� \����[� ^�[� Y���[� ��[� Y��"��[� L�{�[�Y#�����[�{�+�[� �������[���[�<�X����[�~���[�<������[��[������[�_�[����[� ��{�[�

Page 183: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

175

References

L#��!����[�<�[�}��[�§�[�§�#�/[����[����[���������&[����[��FF���|�/��/��!�B�and Ecological setting of Indian Ocean hydrothermal vents. Science 294, 818-823.

}��C��[�{���[� ���&[�_�{�[��FFF��̂ ���/#���/�#����"�Q���$��"�@��������������#@"������B�������"����B���"��@B���"!���/�����#�����V����%#����"!�����������\��!�B���Res. 105, 8319-8340.

}�&�[� ����[� }����&��[� _���}�[� �'**�� ��!������ ��W�#��� ���� ���!����C������ ����Mineral. 13, 227-243.

}����&[�}�}�[�^�{��/[�_�[�X����B[�^� �[�|�����[���+�[���B[� ��[��FFE��L����#@���%����Biosphere at Mid-Ocean Ridges. Geophysical Monograph series 144. American \��!�B���������[�}����/���[�^��[�EF:!�

}����B[�L���[� �''���_��U�[�+� ��$������!��&�/�� $��� /�����"����"�����/��$� ��#��#���B���"�N� ���&�/�� �V��V��� ���� ����������� /#��� `������� *�Fj[� {��������{V��"����������{�@�[�{V��"���[���$�

}����B[� L���[� �FFE�� �#��Q������ �$� L���"��B��"�� ^���� $��� \�����"���� <�����/��$�<������}�������������������^�#��� B���"�����N�� �^�!���"�����$�_���/B�`���j��|������� +���"!��B[�{{�

Page 184: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

Danksagung

+��������� ������/�@�����"���^��&�"���"�^�&���V����[����$������}��$/��/�|���[�����"����{��������$��$���������`"��j�$��C��������L��"��Ê}������\���������&��-�����/����&�������_�����������������Y������V����������"�������������$��������#/���C#����&���#�����������������/���|������C#����&����_������"��������L����&�������������!������/��#����������&����!$��"�������#�/���/�$����[�������"���@������������"������#���L���C#�� ����#�������"�������Ë$������"��&=��������}�����C����#$-/�"#������� �"��������C#"�/��>���L����"�C#�V�����&��[���������������V����/�����+�@���C#�������/�&�""������

<���^��&�/�@�����^���������=��[�������������������V��/��/����������������@��-�#��&�"!��������#������������^�&#�����!�������$������������$�����[��@����#�����������������$������L��"���� ����Y�$�@��������$��<��#�&�!���C#�­@����@����[������-����$�����[� �!���������#���$��"�������C#�w�/���&������#$C#C�/���#��������"����/������X�""���������C#$�/��[���������"���C#�@�/����/�������#���w������V����/��-den Arbeit zu verbessern.

<������Y���������"=��������^��&��[������������$������V����/�����+�@���������-ellen thermodynamische Daten von hunderten aquatischen Spezies berechnet hat. Ohne ��� �w��� �����+�@��� ����� C#������� /�&�""����+#>����"� "=����� ��� �"� ^��&��[���������"����`"����"���C#j�/#����#��������������{�#����������"��Y#"���C#����"����#����[�������������/����C#�����

�������"������������������C#�/�#�������$���@���#���#��/���\��!�w�������������<�-/�����������+�@���/�#!!���������/�������C���&�#�����/����&��� ���������""�������$$���������$�����/�����|����/��#�����@�����"�����+�@���&�"��/�����$$��[�����"����"�����&��������/�$�������@��

�������&��^������������\������#���^���Y��/�����#��&�$������C#��|���������#�/�����\������!��@���V����^��{�/��F'���������&�����$������������$��������!���������^�-&#��������@���������@�C��#�/����� ��!���������|��@����<�����#���^���������+!!���"=��������$������$��#����������������C#�/�@������<&������������B�&����&���

���#����$��^���������� !�/������&�����$�������Lw�/&�������~���/#���������

<���@����������^��&�/���"��������#����[��#$�������"������������C���������-���@��������""���V���������&������

~#��$���C#�̂ ��&�V��!%������@�����"�����_������<������#���Y��"����X���[������

Page 185: Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic ...elib.suub.uni-bremen.de/diss/docs/00011428.pdf · Petrology of Serpentinites and Rodingites in the Oceanic Lithosphere

meinem Bruder Wieland Klein, ohne deren Zuneigung und Hilfe die vorliegende Arbeit ��"����C#� ������/�&�""����w���

^��V����/�����+�@����#����V�������^�#�������������#�/�/�"������$��Q���C����`^�\������&���|+���F�U���[�|+���F�U����#���^�\�_WC�����C&�#�����Ê^����C���� "�System Erde“).