Abstract
In order to elucidate the growth mechanism of sulfide chimney formed as a result of seafloor hydrothermal mineralization, we carried out the mineralogical and fluid inclusion studies on the inactive, sulfide- and silica-rich chimney which has been recovered from a hydrothermal field in the Cleft segment of the Juan de Fuca Ridge. According to previous studies, many active and inactive vents are present in the Cleft segment. The sulfide- and silica-rich chimney is composed of amorphous silica, pyrite, sphalerite and wurtzite with minor amounts of chalcopyrite and marcasite. The interior part of the chimney is highly porous and represents a flow channel. Open spaces within chimneys are typically coated with colloform layers of amorphous silica. The FeS content of Zn-sulfides varies widely from 13.9 to 34.3 mole% with Fe-rich core and Fe-poor rims. This variation possibly reflects the change of physicochemical characteristics of hydrothermal fluids. Chemical and mineralogical compositions of the each growth zone are also varied, possibly due to a thermal gradient. Based on the microthermometric measurements of liquid-rich, two-phase inclusions in amorphous silica that was precipitated in the late stage of mineralization, minimum trapping temperatures are estimated to be about 1140 to 145$^{\circ}$C with the salinities between 3.2 and 4.8 wt.% NaCI equiv. Although the actual fluid temperatures of the vent are not available, this study suggests that the lowtemperature conditions were predominant during the mineralization in the hydrothermal field at Cleft segment. Comparing with the previously reported chimney types, the morphology, colloform texture, bulk chemistry, and a characteristic mineral assemblage (pyrite + marcasite + wurtzite + amorphous silica) of this chimney indicate that the chimney have been formed from a relatively low-temperature (<250$^{\circ}$C) hydrothermal fluid that was changed by sluggish fluid flow and conductive cooling.
해저 열수 광화작용을 대효할 수 있는 황화물 침니(sulfide chimney)의 성장 메카니즘을 고찰하기 위하여 Juan de Fuca 혜령의 최남단에 위치하는 Cleft segment의 열수장(hydrothermal field)에서 회수한 비활동성이고 황화물과 실리카가 풍부한 침니를 대상으로 광물 및 유체포유물 연구를 수행하였다. 기존 연구에 의하면, Cleft sogment에는 많은 활동성 및 비활동성의 열수 분출구가 존재하는 것으로 보고되어 있다. 연구 대상 침니는 주로 비정질 실리카, 황칠석, 섬아연석 및 섬유아연석(wurtzite)으로 구성되어 있고,소량의 황동석 및 백칠석을 함유하고 있다. 유체통로로 추정되는 침니의 내부는 다공질이며, 비정질의 교질성(colloidal) 실리카로 피복되어 있다. 섬아연석과 섬유아연석으로 구성되어 있는 아연이 풍부한 황화물의 FeS 함량은 13.9~34.3 mole%의 범위를 보이며, 철이 풍부한 중심부와 철이 부족한 연변부를 지닌다. 이는 광화유체의 화학적.물리석 특성들의 변화로부터 기인되었으리라 사료된다. 침니 내부성장대별 화학조성은 열적구배 및 구성광물의 차이로 인해 다른 특징들을 보여주고 있다. 광화후기에 침전된 비정질 실리카중의 액상이 풍부한 유체포유물을 대상으로 가열 및 냉각 실험을 수행한 결과, 열수유체의 최소 포획 온도는 약 114$^{\circ}$~145$^{\circ}C$이며, 해당 염농도는 3.2~4.8 wt.% NaCl equip, 이다. 실제 열구에서 배출되는 유체 온도 자료를 입수하지는 못했지만, 본 연구를 통해서 광물의 침전작용 동안 상대적으로 저온의 침전조건이 매우 지배적이었음을 알수 있다. Juan de Fuca 해령내 Cleft seamen에서 회수된 황화물 침니는 산출형태, 교질성 조직, 전(bulk) 화학조성, 광물조합(황철석+백철석+섬유아연석+비정질 실리카) 등으로 볼 때, 기존 보고된 침니 유형보다는 상당히 낮은 온도에서 느린 유체 유동과 전도성 냉각(<25$0^{\circ}C$)에 의해 생성되었으리라 사료된다.
