Genesis of the brecciated rocks from mid atlantic ridge hydrothermal systems : Lucky Strike (37º50’N) and Menez Gwen (37º50’N)

Tese de doutoramento, Geologia (Metalogenia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

.Os campos hidrotermais Lucky Strike e Menez Gwen estão ambos localizados na Crista Médio-Atlântica, a sudoeste das ilhas açorianas, em dois segmentos de crista adjacentes. Ambos descobertos na década de noventa, são objecto de estudos multidisciplinares desde então. No conjunto das primeiras amostras recolhidas no Lucky Strike (primeiro local a ser descoberto) encontrava-se um tipo de rochas que se destacou pelo facto de não fazer parte do grupo dos basaltos (substrato rochoso típico na região) nem do grupo dos sulfuretos constituintes das estruturas hidrotermais lá existentes. Esta rocha com aspecto heterogéneo foi recolhida em redor das saídas hidrotermais, e a descrição petrográfica preliminar revelou uma brecha hidrotermal. A parte detrítica é constituída por fragmentos de natureza basáltica e, em menor quantidade, pedaços de chaminés inactivas e eventuais fósseis, enquanto o cimento é formado por precipitados hidrotermais resultantes da precipitação a partir de um fluido que circula difusamente por entre os fragmentos. O estudo deste tipo de rocha então descoberta revelou-se importante não só para se compreender melhor os processos hidrotermais geradores dos inúmeros sistemas geológicos e biológicos existentes nos fundos oceânicos; mas também para o conhecimento da génese dos depósitos de sulfuretos antigos. A sua semelhança com exemplares provenientes de jazigos de sulfuretos antigos, como por exemplo Aljustrel (Faixa Piritosa Ibérica - Portugal) ou Kuroko (Província de Hokuroko - Japão), é bastante interessante. Numa fase inicial procedeu-se à análise microscópica detalhada das amostras de modo a confirmar observações preliminares e com o objectivo de identificar caminhos analíticos a prosseguir. Foi possível, com base neste trabalho, identificar três tipos de brecha hidrotermal, com base na alteração dos seus componentes basálticos. Esta divisão não tem uma correspondência geográfica e é difícil de relacionar com a componente química dos mesmos exemplares. Vários métodos de análise foram utilizados para caracterizar em pormenor o tipo de rocha: Espectrometria de emissão por plasma, Espectrometria de massa e Espectroscopia por fluorescência de raios-X. Estes revelaram a composição total da brecha tendo como elemento principal a sílica, geralmente enriquecida relativamente ao basalto (seu componente principal na fracção detrítica). Elementos como o bário, o enxofre e o estrôncio, geralmente considerados elementos em traço, estão presentes, em várias amostras, em teores da ordem dos elementos maiores, devido à frequente presença de barite. Elementos de transição como o ferro, o cobre e o zinco são importantes quando a quantidade de sulfuretos, no cimento, é considerável. No caso dos elementos menores, destaca-se o estudo das Terras Raras que revelam padrões mistos relativos à origem dos fluidos a partir dos quais precipitaram os minerais hidrotermais: água do mar e fluido hidrotermal proveniente da crosta. Estes dados foram posteriormente confirmados por dados de isótopos de estrôncio que, apesar de não serem em número considerável, indicam precisamente razões isotópicas entre as da água do mar e dos fluidos hidrotermais. O estudo pormenorizado da alteração dos componentes basálticos das brechas, a partir de dados de microssonda, permitiu identificar algumas argilas (esmectites e misturas esmectiteclorite) formadas durante o processo hidrotermal; permitiu igualmente verificar a variação composicional ao longo dos pedaços de basalto com grau de alteração intermédio, revelando variações em elementos com o silício e o alumínio. Algumas das argilas foram detectadas nos estudos de difracção de raios-X (saponite, nontronite e sauconite) que permitiram detectar igualmente a “cowlesite” e a “motukoreaite” em duas amostras distintas. A primeira é um zeólito que surge geralmente associado a basaltos oceânicos, e a segunda, mais rara, é um sulfato hidratado de alumínio e magnésio, que resulta da alteração de vidro basáltico por acção da água do mar a baixa temperatura. A silicificação é o processo de alteração mais relevante para formação desta brecha hidrotermal. O aumento dos teores em sílica é reconhecido em vários dos procedimentos analíticos utilizados. As formas de sílica reconhecidas são maioritariamente amorfas (“sílica gel”), embora as formas cristalinas também estejam presentes – cristobalite e quartzo – mas em apenas duas amostras. A utilização do Microscópio Electrónico de Varrimento permitiu a identificação de um tipo de textura típica da “sílica gel” – microsferas em textura “favo-deabelha”, resultante de deposição a partir de fluidos de baixa temperatura. As brechas hidrotermais têm a sua génese directamente relacionada com a circulação de fluidos hidrotermais de baixa temperatura, sendo constituídas maioritariamente por sílica. Deste modo, se as condições do meio favorecerem a sua consolidação, poderão funcionar como protectoras dos eventuais depósitos hidrotermais existentes na subsuperfície, devido ao carácter impermeável do material silicioso. Esta constatação permite explicar alguns dos processos vigentes na fase inicial de formação de alguns dos jazigos de sulfuretos antigos que têm associadas rochas que se podem considerar os equivalentes deste tipo de material silicioso.

The Lucky Strike and Menez Gwen hydrothermal fields are both located in the Mid- Atlantic Ridge (MAR), southwest of Azores islands, in two different ridge sections. These systems were discovered in the nineties, Lucky Strike in 1993 (Langmuir et al., 1993a) and Menez Gwen in 1994 (Fouquet et al., 1994). In the first group of samples recovered it was found a type of rock distinct from the basalts and from the sulphide structures. This rock with heterogeneous appearance is a hydrothermal breccia forming consolidated plates around the sulphide deposits, and is essentially composed of basaltic fragments with a minor amount of chimneys fragments, cemented by hydrothermal precipitates where some types of amorphous silica are dominant. The study of these discovered rocks seems to be important for a better understanding of the actual hydrothermal processes happening on the seafloor, but also for the knowledge of the formation of old sulphide deposits, some of them with economic importance like Aljustrel (in the Iberian Pyrite Belt – Portugal) or Kuroko (Hokuroko Province – Japan). The microscopic detailed studies made in an initial phase of this thesis reveal three types of hydrothermal breccia based on the degree of alteration presented by the basalt fragments. Several analytic methods were used to characterise in detail the breccias. Chemical elements like barium, sulphur and strontium generally considered as trace elements are present in percentage grades due to barite enrichment. Rare earth elements study reveal mixed patterns in what concern the fluid source: seawater and hydrothermal fluids. This is also confirmed by the strontium isotope ratios analysed in the altered basaltic fragments. The hydrothermal breccias are genetically related with the circulation of low temperature hydrothermal fluids. If the system conditions are favourable to the consolidation of these rocks, they may play an important role in the protection of subseafloor hydrothermal deposits forming an impermeable cap due to the high content in siliceous material. This can explain some of the processes taking place in the early phase of formation of old sulphide deposits where equivalent siliceous material is found

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, Programa, PRAXIS/BD/9408/96); Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, CREMINER LARSyS