In geothermischen Systemen treffen heißes Gestein und Wasser aufeinander und interagieren miteinander. Während dieser Wechselwirkungen wird Sauerstoff – das am häufigsten vorkommende Element in Krustengesteinen und ein Hauptbestandteil von Wasser (H2O) – zwischen Wasser und Gestein ausgetauscht, während das Gestein unter Bildung neuer Mineralien reagiert (ein Prozess, der als „hydrothermale Veränderung“ bezeichnet wird). Dieser Austausch führt zu einer Verringerung des Verhältnisses der Gesteinssauerstoffisotope (18O/16O), was zur Fingerabdruckerkennung und Verfolgung der Bewegung von Wasser durch die Kruste in geothermischen Systemen verwendet werden kann. Die Wärme, die geothermische Systeme antreibt, stammt letztendlich aus der Abkühlung von Magma tief in der Erdkruste. Wenn dieses abkühlende Magma auf hydrothermisch verändertes Gestein trifft, kann es das Gestein einbauen und dadurch seine niedrige 18O/16O-Signatur erben. Niedrige 18O/16O-Verhältnisse, die diesen Prozess diagnostizieren, wurden in Magmen gefunden, die in einigen großen vulkanischen und geothermischen Gebieten wie Island und dem Yellowstone-Supervulkan in den USA ausgebrochen sind, aber im Allgemeinen sind sie selten. Diese Seltenheit war für Geowissenschaftler schon lange ein Rätsel – wenn Magmen die Wärme liefern, die geothermische Systeme antreibt, sollten dann Wechselwirkungen zwischen Magmen und hydrothermisch veränderten Gesteinen nicht an der Tagesordnung sein?
Durch den Vergleich von Sauerstoff mit anderen Isotopenverhältnissen (Strontium und Neodym) stellten sie fest, dass die 18O/16O-Verhältnisse von TVZ-Magmen zwar relativ hoch, aber niedriger sind als erwartet, wenn die Magmen nur mit tiefen, unveränderten Grundgesteinen interagiert hätten. Um die Magma-18O/16O-Verhältnisse zu senken, ist eine gewisse Einbeziehung flacherer hydrothermal veränderter Gesteine erforderlich. Das Team vermutet, dass das Fehlen niedriger 18O/16O-Verhältnisse in TVZ-Magmen in erster Linie auf die relativ hohen 18O/16O-Verhältnisse des Regenwassers der Nordinsel Neuseelnds zurückzuführen ist, was das Ausmaß begrenzt, in dem die Sauerstoffisotopenverhältnisse von veränderten Gesteinen in dieser Umgebung gesenkt werden können. Sie fanden heraus, dass, wenn Unterschiede in den 18O/16O-Verhältnissen lokaler Gewässer und alterierter Gesteine berücksichtigt werden, die Bedeutung der Wechselwirkungen zwischen alterierten Gesteinen und Magmen in der TVZ und in Regionen mit niedrigen 18O/16O-Magmen wie Island und Yellowstone ähnlich ist. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Schnittstelle zwischen magmatischen und geothermischen TVZ-Systemen eine dynamische Zone ist, in der die Nähe zwischen tief zirkulierendem Wasser und flachen Magmakörpern zu großräumigen Wechselwirkungen zwischen Magmen und veränderten Materialien führt. Das sind ideale Bedingungen für die Suche nach überkritischen Flüssigkeiten!
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