Der Okinawa-Trog ist ein neu gebildetes Back-Arc-Becken am äußeren Rand des Festlandsockels des Ostchinesischen Meeres. Die submarinen hydrothermalen Aktivitäten sind im Okinawa-Trog weit entwickelt. Ein typisches Merkmal des Beckens ist, dass die hydrothermalen Flüssigkeiten sehr reich an CO2 sind.
Eine zunehmende Zahl von Studien deutet darauf hin, dass CO2 in hydrothermalen Flüssigkeiten direkt aus der magmatischen Entgasung stammen könnte. Der Prozess der CO2-Entgasung in den Magmen des Okinawa-Trogs ist jedoch kaum verstanden, und es ist unklar, ob das Magma genügend CO2 in das hydrothermale System abgeben kann.
Kürzlich hat Dr. Zhang Yuxiang vom Team von Prof. Zeng Zhigang vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) in Zusammenarbeit mit Prof. Glenn Gaetani von der Woods Hole Oceanographic Institution vulkanische Gesteinsproben aus den Gebieten in der Nähe des Meeres ausgewählt hydrothermale Felder des südlichen Okinawa-Trogs, analysierten die flüchtigen Zusammensetzungen (CO2, H2O, S, F, Cl) in mineralhaltigen Schmelzeinschlüssen und Matrixglas mit Ionensonden und diskutierten den Prozess der magmatischen Entgasung.
Die Studie wurde veröffentlicht in Lithos am 23. März.
Die Forscher fanden heraus, dass die CO2-Gehalte im Matrixglas und einige der Schmelzeinschlüsse sehr gering waren (2 Gehalte korrelierten positiv mit Wassergehalten, und die CO2-Gehalte im Matrixglas lagen sogar unter der instrumentellen Nachweisgrenze (2 stammten aus Auswaschung die Grundgesteine, andererseits deutete dies darauf hin, dass das Magma einen intensiven CO2-Entgasungsprozess durchlaufen hatte.
Sie schätzten, dass bei diesem Grad der CO2-Entgasung 1 km3 Magma einen hohen CO2-Fluss von hydrothermalen Quellen für mehr als 500 Jahre unterstützen könnte. Aus der Perspektive der magmatischen Entgasung zeigt diese Studie daher, dass Magma eine wichtige potenzielle CO2-Quelle für hydrothermale Systeme ist.
Die Forscher fanden auch heraus, dass das Magma im Okinawa-Trog auch einen gewissen Grad an S-Entgasung durchlief, aber die Halogene (F und Cl) sich während der Magma-Entgasung nicht wesentlich veränderten.
„Dieses Verständnis kann die Forschung bei der Untersuchung der materiellen Korrelation zwischen dem magmatischen System und dem hydrothermalen System in der Subduktionszone unterstützen“, sagte Dr. Zhang, Erstautor der Studie.
Darüber hinaus wurden Schmelzeinschlussanalyse und Plagioklas-Aräometer kombiniert, um den Magmawassergehalt und seine Variation von der modernen Bogenfront zu den Ausbreitungszentren des hinteren Bogens abzuschätzen. Zusammen mit Daten aus den Subduktionszonen Mariana und Tonga und den mittelozeanischen Rückenbasalten wurde eine gute positive Korrelation zwischen H2O/Ce und dem Borisotop (δ11B) für vulkanisches Gestein in Subduktionszonen festgestellt.
Das Borisotop ist ein effektiver Indikator für subduziertes Serpentin, das sehr wasserreich ist und als wichtige Flüssigkeitsquelle in der Subduktionszone gilt. Diese Korrelation weist auch darauf hin, dass Flüssigkeiten, die von subduziertem Serpentin stammen, einen wichtigen Beitrag zum Wasserhaushalt von Bogenmagma leisten.
Mehr Informationen:
Yuxiang Zhang et al, Pre-eruptiver Wassergehalt und flüchtige Entgasungsprozesse im Magma des südlichen Okinawa-Trogs: Implikationen für das Wasserrecycling der Subduktionszone und magmatische Beiträge zu hydrothermalen Systemen, Lithos (2023). DOI: 10.1016/j.lithos.2023.107145