Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Στέφανος Κίλιας, Καθηγητής, Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος, ΕΚΠΑ
Πρωτότυπος Τίτλος:
Petrographic and geochemical study of barite from actively forming, Au-rich polymetallic sulfide-sulfate hydrothermal chimneys from the shallow submarine Kolumbo volcano, Hellenic (South Aegean) Volcanic Arc, Greece: contribution to the chimney growth model
Περίληψη:
Τα κοιτάσματα συμπαγών θειούχων που δημιουργούνται πάνω στην επιφάνεια του θαλάσσιου πυθμένα θεωρούνται τα μοντέρνα ανάλογα των γνωστών κοιτασμάτων συμπαγών θειούχων από ηφαιστειακή δραστηριότητα και τα οποία βρίσκονται στη στεριά. Τέτοιου είδους κοιτάσματα είναι γνωστά στην ανθρωπότητα για χιλιάδες χρόνια καθώς είναι ένας από τους καλύτερους στόχους για την εξόρυξη ορυκτών πρώτων υλών και κυρίως χαλκού. Επίσης, συχνά παρουσιάζουν εμπλουτισμό σε άλλα βασικά μέταλλα όπως χρυσό, ασήμι, ψευδάργυρο και μόλυβδο αλλά και σε ιχνοστοιχεία όπως αντιμόνιο και θάλλιο. Η μελέτη και η κατανόηση του πως εξελίσσονται τα κοιτάσματα συμπαγών θειούχων στην επιφάνεια του θαλάσσιου πυθμένα τόσο χρονικά όσο και χωροταξικά είναι εξαιρετικά σημαντική. Τέτοια κοιτάσματα σε περιβάλλοντα ρηχής θάλασσας είναι ιδανικά για μελλοντική εξόρυξη σε σχέση με αυτά που βρίσκονται σε περιβάλλοντα βαθείας θάλασσας. Υπάρχουν δύο γνωστά κοιτάσματα συμπαγών θειούχων που σχηματίζονται πάνω στην επιφάνεια του θαλάσσιου πυθμένα εντός των αποκλειστικών οικονομικών ζωνών της Ευρωπαϊκής ένωσης. Το ένα βρίσκεται στο τόξο του Αιόλου στην Ιταλία στο ηφαιστειακό σύμπλεγμα του Παλινούρο και το άλλο στην Ελλάδα στο ελληνικό (Νότιο Αιγαίο) ηφαιστειακό τόξο, μέσα στον κρατήρα του ρηχού-υποθαλάσσιου ηφαιστειού Κολούμπο που ανήκει στο ηφαιστειακό σύμπλεγμα της νήσου Σαντορίνη.
Το υδροθερμικό πεδίο του υποθαλάσσιου ηφαιστείου του Κολούμπο πρωτό-ανακαλύφθηκε το 2006 και φιλοξενεί το μοναδικό κοίτασμα συμπαγών θειούχων που δημιουργείται πάνω στην επιφάνεια θαλάσσιου πυθμένα σε λεπτένων ηπειρωτικό φλοιό. Σύγχρονες έρευνες πάνω σε δείγματα από υδροθερμικές καμινάδες έδειξαν ασυνήθιστο εμπλουτισμό σε χρυσό, ασήμι, χαλκό, μόλυβδο, ψευδάργυρο, αντιμόνιο, αρσενικό, υδράργυρο, μολυβδένιο και θάλλιο. Ο λόγος του χρυσού προς βασικά μέταλλα υπολογίζεται 1.9 και έτσι το κοίτασμα συμπαγών θειούχων που δημιουγείται στον κρατήρα του Κολούμπο κατηγορειοποιείται ως χρυσοφόρο (Marcier-Langevin et al., 2011). Τα κύρια θειούχα ορυκτά που απαρτίζουν τις υδροθερμικές καμινάδες και λοφίσκους είναι σιδηροπυρίτης, μαρκασίτης, σφαλερίτης, γαληνήτης, χαλκοπυρίτης, αντιμονίτης και μη ταυτοποιημέν θειοάλατα μολυβδου-αντιμονίου και αρσενούχα σουλφίδια. Ο βαρύτης αποτελέι το κύριο θειικό ορυκτό το οποίο δομεί και αποτελεί το αρχικό τοίχωμα το οποίο στη συνέχεια θα μετατραπεί στην κύρια μάζα στην οποία θα αναπτυχθεί η μεταλλοφορία των συμπαγών θειούχων. Με σκοπό την καλύτερη κατανόηση του μοντέλου εξέλιξης των θειούχων-θειικών καμινάδων μελετήσαμε πετρογραφικά και γεωχημικά τους διάφορους ιστούς του βαρύτη καθώς όλες οι προηγούμενες μελέτες επικεντρώθηκαν στα θειούχα ορυκτά.
Μικροσκοπία διερχόμενου και ανακλώμενου φωτός αποκάλυψε ότι ο ανυδρίτης αποτελεί την πρώτη φάση που αποτίθεται, ο οποίος αργότερα διαλύεται και αντικαθήστατε από κρυστάλλους βαρύτη. Αυτή η διάλυση του αρχικού ανυδρίτη έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση θειικών ιόντων (SO4) διευκολύνοντας έτσι την απόθεση του βαρύτη (Griffith et al., 2012). Ο ανυδρίτης απαντά κυρίως στα εξωτερικά σημεία των υδροθερμικών καμινάδων ως απομεινάρια διαλυμένων ανιδιόμοργων-υπιδιόμορφων κρυστάλλων οι οποίοι συχνά αντιαθίστανται από βαρύτη και σχετίζεται συχνά με μικρούς κόκκους σιδηροπυρίτη. Έχουν ανακαλυφθεί τέσσερις γενιές κρυστάλλωσης βαρύτη οι οποίες επιδεικνείουν μεγάλη ποικιλία ιστών. Η πρώτη γενιά αποτελείται από συσωματώματα μεγάλων πρισματικών και λεπιδοειδών κρυστάλλων βαρύτη και πιο σπάνια με μοσαϊκή υφή ανακρυστάλλωσης. Η δεύτερη γενία η οποία σχετίζεται με την απόθεση του (Στάδιου του σιδηροπυρίτη) αποτελείται από μεγάλους ανεξάρτητους ανοιχτού χώρου κρυστάλλους υπό την μορφή πρισμάτων και λεπίδων αλλά και σαν πτερωτά συσωματώματα και συσωματώματα με τη μορφή λουλουδιών κοντά συνήθως σε ανοιχτά κανάλια. Η τρίτη γενιά σχετίζεται με την απόθεση του (Σταδίου ψευδαργύρου-μολύβδου-αντιμονίου) και επιδεικνύει μεγάλη ποικιλία ιστών. Συνήθως βρίσκεται με τη μορφή πτερωτών συσωματωμάτων, συσωματωμάτων με τη μορφή λουλουδιών και δενδριτικά συσωματώματα αλλά και ως βελονοειδής κρύσταλλοι και ανεξάρτητοι πρισματικοί και λεπιδοειδής κρύσυαλλοι οι οποίοι δημιουργούν περίπλοκες εμφανίσεις. Αυτή η γενία επίσης σχετίζεται με την εμφάνιση πρωτογενών στερεών και υγρών εγκλεισμάτων. Η τέταρτη γενιά αποτελεί τον εξωτερικό τοίχο των καμινάδων όπου τα αρσενούχα σουλφίδια αποτίθενται. Και σε αυτή τη γενία ο κύριως πετρογραφικός τύπος είναι με τη μορφή πετρωτών συσωματωμάτων, συσωματωμάτων με τη μορφή λουλουδιών και ζωνώδεις κρύσταλλοι βαρύτη που σχετίζονται με τα αρσενούχα σουλφίδια ως προϊόν συν-απόθεσης.
Μελέτη κρυστάλλων βαρύτη με τη χρήση Σαρωτικού Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου εξοπλισμένο με φασματογράφο ενεργειακής διασποράς έδειξε μικρές συγκεντρώσεις στροντίου, ψευδαργύρου, σιδήρου, μολύβδου και αρσενικού δείχνοντας έτσι ότι ο βαρύτης έιναι άμεσα συνδεδεμένος με την απόθεση των μεταλλικών θειούχων ορυκτών.
Ο σχηματισμός των καμινάδων ξεκινάει με την απόθεση ενός θειικού (ανυδριτικού) τοίχου όπου πάνω στον οποίο αποτίθενται θειούχα ορυκτά και θειοάλατα. Αργότερα, ο αρχικός ανυδρίτης διαλύεται και αντικαθίσταται από την πρώτη γενιά του βαρύτη ο οποίος συνοδεύεται από κολοφρομικό σιδηροπυρίτη (Στάδιο του σιδηροπυρίτη). Μέσα από τη συνεχόμενη υδροθερμική δραστηριότητα και διεργασίες επανακινητοποίησης σε ζώνες το εσωτερικό στάδιο του σιδηροπυρίτη το οποίο καταλαμβάνει τα κεντρικά σημεία των καμινάδων, μεταβαίνει στο στάδιο ψευδαργύρου-μολύνδου αντιμονίου, το οποίο καταλαμβάνει τα εξωτερικά τμήματα του του Εσωτερικού Θειούχου-Θειικού Πυρήνα και κυριαρχείται από την παρουσία σιδηροπυρίτη ± σφαλερίτη ± γαληνήτη ± θειοαλάτων μολύβδου-αντιμονίου, ενώ ο βαρύτης αποτελέι την κύρια μάζα. Στον Εσωτερικό Θειούχο-Θειικό Πυρήνα συσωματώματα μαρκασίτη ± γαληνήτη ± χαλκοπυρίτη ± ελάχσιτο σιδηροπυρίτη σχηματίζουν λεπτά στρώματα γύρω από κανάλια σιδηροπυρίτη κατά τη διάρκεια του Σταδίου Σιδήρου-Ψευδαργύρου-Μολύβδου-Χαλκού. Τέλος, στην επιφάνεια των καμινάδων, σχηματίζεται το Εξωτερικό Αρσενικό Κάλυμα ως συν-απόθεση βαρύτη, θειοαλάτων αρσενικού-μολύβδου-αντιμονίου, αντιμονίτη και αρσενούχων σουλφιδίων κατά τη διάρκεια των τελευταίων σταδίων κρυστάλλωσης ως το αποτέλεσμα μίξης καυτών υδροθερμικών ρευστών και παγωμένου θαλασσινού νερού.
Λέξεις-κλειδιά:
Ελληνικό ηφαιστειακό τόξο, Κολούμπο, Υδροθερμικά πεδία, Χρυσφοφόρα κοιτάσματα συμπαγών θειούχων πάνω στην επιφάνεια του πυθμένα, Πολυμεταλλικές υδροθερμικές καμινάδες,Πετρογραφικοί τύποι βαρύτη, μοντέλο ανάπτυξης υδροθερμικών καμινάδων
