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, 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 national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 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), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Brest (IFREMER Centre de Bretagne), Unité de recherche Géosciences Marines (Ifremer) (GM), Laboratoire Géosciences Océan (LGO), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), 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: Hydrothermal; Sulfate minerals; EMSO-Azores; ACL; Neodymium isotopes; Rare earth elements; 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.