Investigating Microbial Trace-fossils and Abiotic Alteration in Hydrovolcanic Tuffs of the Fort Rock Volcanic Field, Oregon

Microbial ichnofossils in volcanic rocks provide a significant record of subsurface microbes and potentially extraterrestrial biosignatures. Here, the textures, mineralogy, and geochemistry of two continental basaltic hydrovolcanic deposits - Reed Rocks and Black Hills - in the Fort Rock Volcanic Field (FRVF) are investigated. Methods include petrographic microscopy, micro and powder X-ray diffraction, SEM/BSE/EDF imaging, energy dispersive spectroscopy, stable isotopes, and X-ray fluorescence. Petrographic analysis revealed granular and tubular textures with biogenic morphologies that include terminal enlargements, septate divisions, branching forms, spiral filaments, and ovoid bodies resembling endolithic microborings described in ocean basalts. They display evidence of behaviour and a geologic context expressing their relative age and syngenicity. Differences in abiotic alteration and the abundance/morphotype assemblage of putative microborings between the sites indicate that water/rock ratio, fluid composition and flux, temperature and secondary phase formation are influences on microboring formation. This study is the first report of reputed endolithic microborings in basalts erupted in a continental lacustrine setting.

Petrographie und Geochemie des Eckfelder Maares und von Hillscheid und die Einbindung in den Hocheifelvulkanismus

Tertiäre Vulkanite aus dem Eckfelder Maar, dem Hillscheider Diatrem und dem Hillscheid Basalt (Schlot) wurden petrologisch und geochemisch untersucht. Bis auf tonige Klasten aus dem Bohrkern des Eckfelder Maares handelt es sich bei allen weiteren Proben um undifferenzierte basische Vulkanite. Die tonigen Klasten aus dem Bohrkern müssen der ehemaligen Landoberfläche vor der Eruption des Eckfelder Maares zugerechnet werden, in dessen Krater sie während der Eruption hineingefallen sind. Bis auf die Proben des Hillscheid Basaltes sind die Proben alteriert. Die Alteration zeigt sich an der Bildung von Zeolithen und Calcitmineralisationen, die primär und sekundär gebildete Hohlräume aufgefüllt haben oder an einer vertonten Grundmasse der Proben, die daneben Mineraleinschlüsse (Spinell) und kantige Fremdgesteinsbruchstücke enthalten können. Bei den Proben mit vertonter Grundmasse handelt es sich um Palagonite, Umwandlungsprodukte aus Sideromelan (basaltischem Glas). Geochemische Analysen an Grundmassepräparaten der alterierten bis vertonten Proben zeigen, dass außer den immobilen Elementen Ti, Nb, Zr, Y alle weiteren Elemente teilweise bis vollständig abgereichert worden sind. Eine Ausnahme bildet Barium (Ba), welches z.T. in beträchtlichen Mengen in Zeolithen (Harmotom) angereichert wurde. Bei den Proben aus dem Eckfelder Maar kann die Alteration bis Vertonung der Proben alleine mit der Palagonitisierung und Verwitterung erklärt werden. Es gibt keine Hinweise auf Materialzufuhr und damit für sich anschließende hydrothermale Prozesse. Die Proben des Hillscheider Diatrem sind wesentlich geringer alteriert (glasige Grundmasse). Neuste Erkenntnisse aus einer Bohrung im Sommer 1999 im vermuteten Zentrum des Hillscheider Diatrems beschränken das Diatrem maximal auf einen kleineren Bereich im Nordosten der bisherigen Lokation. Bei der Bohrung stieß man nach 20 Meter auf Anstehendes. Im Hangschutt darüber fand man Blöcke des Hillscheid Basaltes. Eine geringere Größe der Lokation zusammen mit der geringen Alteration könnten auf deren Entstehung mit einer initialen Maarphase gefolgt von Schlackentätigkeit hinweisen. Die Schlacken könnten die ersten Ablagerungen vor Verwitterung geschützt haben. Allerdings gibt es keine Funde die eine Schlackentätigkeit belegen. Beim sogenannten 'Hillscheider Diatrem' könnte es sich aber auch um Hangschutt aus der Randbreccie des Hillscheider Basaltes handeln. Zusammen mit Bruchstücken aus dem Schlot des Hillscheid Basaltes wären die Palagonite des sogenannten 'Hillscheider Diatrem' erst in jüngster Zeit im Bereich einer Uferböschung zur Ablagerung gekommen. Dies würde allerdings das sogenannte 'Hillscheider Diatrem' in seiner Existenz in Frage stellen. Vergleiche der Proben des Hillscheid Basaltes mit basischen Hocheifelvulkaniten deuten auf kogenetische Beziehung aller Proben untereinander und ordnen die Proben des Hillscheid Basaltes geochemisch dem Hocheifelvulkanismus zu. REE- und weitere Spurenelementgehalte und auch deren Elementverhältnisse weisen für alle tertiären Eifelvulkanite gemeinsam auf Mantelschmelzen aus dem Bereich eines Granatperidotits mit niedrigen Aufschmelzgraden um ein Prozent hin. Vergleich der Elementverhältnisse hochinkompatibler Elemente im Bezug auf die Bildung mafischer Schmelzen mit primitivem Mantel deuten darauf hin, dass der Mantel im Bereich der Hocheifel verarmt ist an K, Rb, Sr und angereichert an Ba und eventuell an Nb. Ursachen für diese von typisch primären Mantelzusammensetzung abweichenden Verhältnisse könnten durch Mischungen von Mantelschmelzen mit lithosphärischem Mantel (K-Anomalie) und durch Anreicherungen mit fluiden Phasen (Ba-Anomalie) oder auch Schmelzen aus einem tieferliegenden Plume (Kelberger Hoch) verursacht worden sein. Englischer Zusammenfassung:

Uranium in marine basalts

The uranium content of glass from chilled margins of oceanic tholeiitic basalt flows is generally <0.1 ppm, even for old samples with highly altered crystalline interiors. Such low values represent the original whole rock concentrations, although subsequent to eruption low-temperature weathering has added uranium, and other elements, to the crystalline portions of these basalts. Consideration of the K/U ratios of altered samples suggests that basalt weathering may provide the major oceanic sink for these two elements.

Petrology and geochemistry of oceanic intraplate sheet-flow basalts at DSDP Hole 89-462A

Reentry of Hole 462A during Leg 89 resulted in the penetration of a further 140 m of basalt sheet-flows similar to those found during Leg 61 at the same site. Twelve volcanic units (45 to 56) were recognized, comprising a series of rapidly extruded, interlayered aphyric and poorly clinopyroxene-plagioclase-olivine phyric, nonvesicular basalts. All exhibit variable, mild hydration and oxidation, relative to fresh oceanic basalts, produced under reducing, low-CO2-activity conditions within the zeolite facies. Secondary assemblages are dominated by smectites, zeolites, and pyrite, produced by low-temperature reaction with poorly oxygenated seawater. No systematic mineralogical or chemical changes are observed with depth, although thin quenched units and more massive hypocrystalline units exhibit slightly different alteration parageneses. Chemically, the basalts are olivine- and quartz-normative tholeiites, characterized by low incompatible-element abundances, similar to mildly enriched MORB (approaching T-type), with moderate, chrondite-normalized, large-ionlithophile- element depletion patterns and generally lower or near-chrondritic ratios for many low-distribution-coefficient (KD) element pairs. In general, relative to cyclic MORB chemical variation, they are uniform throughout, although 3 chemical megagroups and 22 subgroups are recognized. It is considered that the megagroups represent separate low-pressure-fractionated systems (olivine + Plagioclase ± clinopyroxene), whereas minor variations within them (subgroups) indicate magma mixing and generation of near-steady-state conditions. Overall, relatively minor fractionation coupled with magma mixing produced a series of compositionally uniform lavas. Parental melts were produced by similar degrees of partial melting, although the source may have varied slightly in LIL-element content.

Primary composition, alteration, and origin of Cretaceous volcaniclastic rocks at DSDP Site 89-585

An upper Aptian to middle Albian series of volcaniclastic rocks more than 300 m thick was drilled at Site 585 in the East Mariana Basin. On the basis of textural and compositional (bulk-rock chemistry, primary and secondary mineral phases) evidence, the volcaniclastic unit is subdivided into a lower (below 830 m sub-bottom) and an upper (about 670-760 m) sequence; the boundary in the interval between is uncertain owing to lack of samples. The rocks are dominantly former vitric basaltic tuffs and minor lapillistones with lesser amounts of crystals and basaltic lithic clasts. They are mixed with shallow-water carbonate debris (ooids, skeletal debris), and were transported by mass flows to their site of deposition. The lower sequence is mostly plagioclase- and olivine-phyric with lesser amounts of Ti-poor clinopyroxene. Mineralogical and bulk-rock chemical data indicate a tholeiitic composition slightly more enriched than N-MORB (normal mid-ocean ridge basalt). Transport was by debris flows from shallow-water sites, as indicated by admixed ooids. Volcanogenic particles are chiefly moderately vesicular to nonvesicular blocky shards (former sideromelane) and less angular tachylite with quench plagioclase and pyroxene, indicating generation of volcanic clasts predominantly by spalling and breakage of submarine pillow and/or sheet-flow lavas. The upper sequence is mainly clinopyroxene- and olivine-phyric with minor plagioclase. The more Ti-rich clinopyroxene and the bulk-rock analyses show that the moderately alkali basaltic composition throughout is more mafic than the basal tholeiitic sequence. Transport was by turbidity currents. Rounded epiclasts of crystalline basalts are more common than in the lower sequence, and, together with the occurrence of oxidized olivine pseudomorphs and vesicular tachylite, are taken as evidence of derivation from eroded subaerially exposed volcanics. Former sideromelane shards are more vesicular than in the lower sequence; vesicularity exceeds 60 vol.% in some clasts. The dominant clastic process is interpreted to be by shallow-water explosive eruptions. All rocks have undergone low-temperature alteration; the dominant secondary phases are "palagonite," chlorite/smectite mixed minerals, analcite, and chabazite. Smectite, chlorite, and natrolite occur in minor amounts. Phillipsite is recognized as an early alteration product, now replaced by other zeolites. During alteration, the rocks have lost up to 50% of their Ca, compared with a fresh shard and fresh glass inclusions in primary minerals, but have gained much less K, Rb, and Ba than expected, indicating rapid deposition prior to significant seafloor weathering.