Original paper

Chemical and mineralogical variations at the transition from subaqueous to subaerial rift-related freshwater limestones along the Dead Sea Transform Fault, NW Jordan

Dill, Harald G.; Techmer, Astrid; Botz, Reiner; Weber, Berthold

Abstract

The Dead Sea Transform Fault, creating one of the most prominent rift basins on Earth, provoked freshwater limestones to develop in five stages: (I) 45 to 26 ka, (II) 26 to 15 ka, (III) 15 to 12 ka, (IV) 12 to 5 ka, (V) 5000 to 1500. Stages I and II represent periods of subaqueous limestone formation and stages III to V sedimentation of carbonate in a subaerial depositional regime. Kutnahorite, barite, halite, sylvite and kainite reflect the environmental conditions of the limestones caused by oxidising, slightly acidic to strongly alkaline fluids. The mineral succession reflects the solubility products of the minerals involved, coupled with an uplift-induced detrital runoff and a hydrothermal activity (temperatures 40-70 °C), leading to "white smokers". Si, Fe, Y, V and Zr are representative of the detrital input, S, Sr, F and Ba of newly-formed minerals in the freshwater limestones and negative Yb anomalies are interpreted as an evidence for hydrothermal activity. The C isotopes suggest mixed sources of the mineralising fluids. The crystal morphology of the minerals is controlled by the presence of cations heavier than Ca2+ and organic compounds. The Ba-Mn-bearing calcareous rocks evolved in subaqueous to subaerial depositional environments under hypogene through supergene conditions.

Kurzfassung

Die Totes-Meer-Transform-Störung hat zur Entwicklung eines der bedeutendsten Riftbecken geführt. In Verbindung damit stehen Süßwasserkalke, die sich zeitlich in fünf Entwicklungsstadien untergliedern lassen: (I) 45 bis 26 ka, (II) 26 bis 15 ka, (III) 15 bis 12 ka, (IV) 12 bis 5 ka, (V) 5000 bis 1500. Die beiden Stadien I und II repräsentieren eine Süßwasserkalkbildung im subaquatischen Milieu, die folgenden Stadien III, IV und V stehen für ein subaerisches Regime. Kutnahorit, Baryt, Halit, Sylvit und Kainit sind mineralogische Indikatoren für ein überwiegend oxidierendes Regime, mit Fluiden, deren pH-Wert von neutral bis stark alkalisch schwankte. Die Ausscheidungsabfolge der Minerale spiegelt das Löslichkeitsprodukt wider, wobei es zu spezifisch rift-bezogenen Veränderungen an der Ausscheidungsabfolge kam, wie etwa einem verstärkten detritischen Eintrag in das karbonatische Milieu bei Heraushebung der Flanken des Riftbeckens. Darüber hinaus kam es zu einer hydrothermalen Aktivität mit Temperaturen im Bereich 40 bis 70 °C, die zu Bildungen führten, die man als ,,white smokers bezeichnen kann. Aus geochemischer Sicht repräsentieren Si, Fe, Y, V und Zr den detritischen Eintrag in das Süßwasserkalkmilieu. Die Elemente S, Sr, F und Ba charakterisieren Mineralparagenesen, die sich im karbonatischen Milieu bildeten, während stark negative Yb-Anomalien als kennzeichnend für die hydrothermale Aktivität angesehen werden. Die Kohlenstoff-Isotope der Karbonate weisen auf die Mischung verschiedener Fluide hin. Die Kristallmorphologie der Kalzite wird vor allem durch den Einbau von Ionen diktiert, die schwerer als Ca2+ sind und durch die Gegenwart von organischem Kohlenstoff. Die Barium und Mangan führenden Karbonate entwickelten sich sowohl in einem subaquatischen als auch subaerischen Bildungsmilieu unter hypogenen und supergenen Bedingungen.

Keywords

freshwater limestonesubaquaticsubaerialriftmineral formationjordan