최근 국제학술저널인 Marine Geology에 중국과학원해양지질 및 환경중점실험실의 정즈강(증지강, 曾志刚) 연구팀과 벨기에브뤼셀자유대학, 영국국가해양센터의 협력연구성과를 담은“Iron, copper and zinc isotopic fractionation in seafloor basalts and hydrothermal sulfides”이라는 제목의 논문이 게재되었다. 이 논문은 동태평양해령, 인도양해령(Indian Ridge)과 서태평양 배호분지(back-arc basin)중 현무암과 황화물의 철, 구리, 아연등 동위원소비에 대해 분석하였다.
해저화산암과 황화물에 포함된 철,구리와 아연의 동위원소비 연구는 마그마, 열수 및 변이과정의 이해에 중요한 자료를 제공하였으며, 전이금속(Transition metal)의 출처와 열수활동이 암석환경에 미치는 영향을 확인하는데 도움을주었다. 연구진들은 연구를 통해 중앙해령 현무암의δ56Fe와δ57Fe수치는 해저열수보다 높았으나, δ66Zn과 δ68Zn수치는 정반대의 결과가 나타났는데 이는 현무암-유체의 상호작용이54Fe、66Zn 과68Zn을 우선적으로 유체에 결합하도록함으로써, 56Fe、57Fe와 64Zn이 변이현무암속에서의 농축을 초래한것임을 규명했다. 황화광물의δ56Fe수치(？1.96~+0.11‰) 대부분은 분화구유체 범위내에 있으나, 중앙해령과 배호분지 현무암의 수치보다 훨씬 낮은것으로보아 황화물중Fe성분은 주로 분사구유체에서 발생하였음을 설명하고있다. 황동석(CuFeS2)의δ56Fe와 δ57Fe수치는 섬아연광과 황철광보다 높았는데, 이는 고온의 황화물이56Fe와 57Fe를 농축시키고, 중저온의 황화물이56Fe와57Fe를 손실시킨다는것을 설명한다.
심해저중앙해령과배호분지열수구역황화물및중앙해령현무암의샘플위치.
EHF-Edmond열수구역; CIR-중인도양해령; SWIR-서남인도양해령; S99HF-Sonne 99열수구역; NFB-북피지배호분지; EPR-동태평양해령
중앙해령현무암(MORB),중앙해령황화물(MORS)과배호분지황화물(BABS)의δ56Fe수치.
OIBs-대양성 현무암(Ocean island basalt); BABB-배호분지 현무암; Py-황철광; Cpy-황동석; Sp-섬아연광
중앙해령현무암,중앙해령 황화물과 배호분지 황화물의δ66Zn수치
그외, 황화광물의δ65Cu(？0.88～？0.16‰)와δ66Zn(？0.39～？0.03‰) 수치는 중앙해령현무암과 배호분지현무암, 그리고 유체보다 훨씬 낮았다(그림 4). 즉, 이는63Cu와 64Zn이 먼저 유체에서 제거되어각각 황동석과 섬아연광으로 진입하여, 분화구유체의 유입 및 황화물 퇴적은 상대적으로 무거운 구리와 아연 동위원소비를 지닌 열수 플룸(hydrothermal plume), 해수와 퇴적물의 발생을 야기한다.
중앙해령현무암, 중앙해령 황화물과 배호분지 황화물의δ65Cu수치
이번 연구는 유체-암석의 상호작용,유체와 해수의 혼합이 중앙해령과 배호분지 황화물중Fe-Cu-Zn의동위원소비에 대한 영향을 밝혔고, 지각판 섭입이 배호분지와 호상열도(island arc)암석의56Fe, 57Fe와64Zn 농축을 초래하였다고 규명했다. 또한, 해저열수황화물의 원소와 동위원소 지구화학의 연구를 촉진하였고,해저황화물과 주위 암석간의 관계 및 철,구리,아연이 맨틀 소스(mantle sources),열수,주위암석과 황화물간의 이동과정을 이해하는데 도움을 줄 것이다.
이번 연구는 국가자연과학기금프로젝트,중국과학원전문프로젝트,중국과학원국제협력프로젝트와 대양전문 프로젝트의 공동 지원하에 진행되었다.
논문정보:
Zeng, Z. G.*, Li, X. H., Chen, S., de Jong, J., Mattielli, N., Qi, H. Y., Pearce, C., Murton, J. B. (2021). Iron, copper, and zinc isotopic fractionation in seafloor basalts and hydrothermal sulfides. Marine Geology, 436, https://doi.org/10.1016/j.margeo.2021.106491
[키워드: 황화물, 열수, 동위원소비, 중앙해령, 배호분지]
