Sulfate minerals control dissolved rare earth element flux and Nd isotope signature of buoyant hydrothermal plume (EMSO-Azores, 37°N Mid-Atlantic Ridge)

• Published in: Chemical Geology
• Main Authors: Chavagnac, Valérie, Saleban Ali, Hassan, Jeandel, Catherine, Leleu, Thomas, E, Destrigneville, Christine, Castillo, Alain, Cotte, Laura, Waeles, Matthieu, Cathalot, Cécile, Laës-Huon, Agathe, Pelleter, Ewan, Nonnotte, Philippe, Sarradin, Pierre-Marie, Cannat, Mathilde
• Other Authors: Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin (LEMAR) (LEMAR), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Environnement Profond (LEP), Etudes des Ecosystèmes Profonds (EEP), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Unité Géosciences Marines (GM), Laboratoire Géosciences Océan (LGO), Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP (UMR_7154)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), ANR-14-CE02-0008,LuckyScales,De la chambre magmatique aux micro-habitats: dynamique des écosystèmes hydrothermaux marins profonds(2014), European Project: 211816,EC:FP7:INFRA,FP7-INFRASTRUCTURES-2007-1,EMSO(2008)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2018
• Subjects: Rare earth elements; Neodymium isotopes; Hydrothermal; ACL; Sulfate minerals; EMSO-Azores; Black smokers; [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography; [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry; Mid-Atlantic Ridge; North Atlantic Deep Water; North Atlantic
• Online Access: https://hal.univ-brest.fr/hal-01901653; https://hal.univ-brest.fr/hal-01901653/document; https://hal.univ-brest.fr/hal-01901653/file/Chavagnac_etal_CG_2018.pdf; https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.09.021

International audience While hydrothermal vents are now thought to be a major source of dissolved iron to the oceans, they have always been considered to be a sink for the dissolved rare-earth elements (DREEs). However, true dissolved REE observations in hydrothermal plumes are still lacking. Here we report for the first time the DREE concentrations and neodymium isotopic compositions (DεNd) of buoyant hydrothermal fluids at Lucky Strike (Mid-Atlantic Ridge). We find that 27 to 62% of total hydrothermal DREEs are rapidly scavenged by anhydrite precipitation at the onset of buoyant plume formation. After this initial loss, all DREEs behave quasi-conservatively within the buoyant plume. Dissolved phase εNd (DεNd) in the evolving plume are identical to black smoker DεNd of +9.0 and contrast radically with DεNd of the local deep water mass at −12.0. Plume DεNd as low as +6.6 may be reconciled by dissolution of newly formed barite in the local environment and carrying seawater DεNd signature. We find, based on the first plume DREE observations, that hydrothermal plumes are in fact a source of DREE to the North Atlantic Deep Water. Precipitation/dissolution processes of hydrothermally-derived minerals, i.e. sulfates in the buoyant plume and Fe oxy-hydroxide in the non-buoyant plume, will likely affect the fate of other trace metals and their isotopic composition.