Navigation

Jan Falkenberg

Foto von Jan FalkenbergPhD Student
Lehrstuhl für Endogene Geodynamik (Prof. Dr. Haase)
+499131 85-69604
jan.falkenberg@fau.de
Schloßgarten 5
91054 Erlangen

 

 

 

 

 

Project title: Submarine hydrothermal systems in subduction-related settings: Constraints on hydrothermal fluid evolution, metal fractionation and ore genesis.

Submarine hydrothermal systems occur along divergent and convergent plate margins all over the world. Seawater penetrates the ocean floor through pathways like faults, heats up and evolves due to fluid-rock interaction in a hydrothermal circulation cell to an acidic, hot and reducing “fluid-cocktail” enriched in metals and metalloids. On contact with cold oxygenated seawater, sulphide minerals precipitate due to rapid changes in physicochemical fluid parameters (e.g. temperature, pH, oxygen- and sulphur fugacity) forming “black smoker chimneys”. These submarine “hot springs” have been inferred to be the possible source for early life on earth. Furthermore, they are believed to be modern analogues to volcanic-hosted massive sulphide (VHMS) deposits currently mined on land. Seafloor massive sulphides can be an essential future resource for metallic raw materials needed e.g. for the “green transition” and could support traditional land-based mining.

My research focuses on sulphide mineralogy and geochemistry of pyrite, sphalerite and chalcopyrite in submarine hydrothermal vent fields in intra-oceanic arc settings (e.g. the Tonga-Kermadec island arc and Lau back-arc basin) which are typically enriched in economic important elements e.g. copper, gold, arsenic and antimony compared to their mid-ocean ridge counterparts. Using major- and trace elements as well as radiogenic (lead) and stable (sulphur) isotope signatures, I will decipher the metal and metalloid sources as well as the element enrichment- and fractionation processes leading to these metal anomalies on the ocean floor. Understanding these processes is fundamental to develop new exploration tools for seafloor massive sulphides and deposits on land.

 

Methods I use:

major elements: electron microprobe (EPMA)

trace elements: laser ablation inductively coupled mass spectrometry (LA-ICP-MS)

Pb isotope: multicollector inductively coupled mass spectrometry (MC-ICP-MS)

Submarine Hydrothermalsysteme treten weltweit an divergenten und konvergenten Plattenrändern auf. Eine hydrothermal Zirkulationszelle bildet sich, wenn Meerwasser durch Wegsamkeiten (z.B. Störungen) in den Ozeanboden eindringt und aufgeheizt wird. Durch Fluid-Gesteins-Wechselwirkung entsteht ein heißer, saurer und reduzierender „Fluidcocktail“, welcher an Metallen und Halbmetallen angereichert ist. Beim Kontakt mit kaltem und oxidierendem Meerwasser fallen Sulfidminerale durch schnelle Änderungen der physikalischen- und chemischen Fluideigenschaften (Temperatur, pH, Sauerstoff- und Schwefelfugazität) aus und bilden sogenannte „Schwarze Raucher“. Es wird angenommen, dass an diesen submarinen „heißen Quellen“ das Leben auf der Erde ihren Anfang nahm. Des Weiteren geht man davon aus, dass diese aktiven Systeme Beispiele für die Bildung von massiv-sulfidischen Lagerstätten sind, welche heutzutage an Land abgebaut werden. Diese submarinen Vorkommen von massiven Sulfiden können eine essenzielle, zukünftige Ressource für metallische Rohstoffe sein und traditionellen Bergbau an Land unterstützen.

Mein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Mineralogie und Geochemie von Pyrit, Sphalerit und Chalkopyrit in submarinen Hydrothermalenfeldern von Schwarzen Rauchern in Inselbögen und assoziierten Back-arc Becken (z.B. Tonga-Kermadec Inselbogen und Lau Becken). Im Vergleich zu ähnlichen Systemen an Mittelozeanischen Spreizungsachsen zeigen diese Systeme typischerweise höhere Anreicherungen an wirtschaftlich wichtigen Elementen, wie z.B. Kupfer, Gold, Arsen und Antimon. Um die Metallquellen sowie die Anreicherungs- und Fraktionierungsprozesses dieser Elementanomalien am Meeresboden zu entschlüsseln verwende ich Haupt- und Spurenelementanalysen sowie radiogene (Blei) und stabile (Schwefel) Isotopenmessungen an Sulfidmineralen. Das Verständnis dieser Prozesse ist fundamental, um neue Lagerstätten am Meeresboden sowie an Land zu finden und zu erschließen.

 

Methoden
Für die geochemischen Analysen der Sulfidminerale benutze ich folgende Methodiken

Hauptelemente: Elektronenstrahlmikrosonde

Spurenelemente: Laser Ablation Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma

Pb Isotope: Multicollector Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma