Structural controls on hydrothermal systems on slow- and intermediate-spreading mid-ocean ridges

This thesis presents workflows and methodologies for geological mapping of the ocean floor at different scales ranging from ship-based surveys to collection and interpretation of high-resolution data using autonomous underwater vehicles.

Systematic approaches for interpretation of common remote sensing data of MORs are developed with the aim of assessing the geology and the key geological controls on hydrothermal systems. Examples are presented from 1) a regional-scale study of the Rodriguez Triple Junction in the Indian Ocean, 2) multi-scale mapping around hydrothermal occurrences in an area of the central Indian Ocean, and 3) site-specific mapping around 32 hydrothermal occurrences in the Indian Ocean.

Geological mapping reveals larger SMS deposits occur >8 km from the MOR axis, where long-lasting hydrothermal circulation can be sustained by relatively stable crust and deeply rooted faults. Six distinct settings that host hydrothermal venting are identified in association with specific types of MOR crust: 1) off-axis volcanic fields, 2) axial shield volcanoes, 3) rift valleys, 4) tectonic massifs, 5) oceanic core complexes, and 6) shear-zone settings. This refines previous classifications of the settings of MOR hydrothermal vents as either ‘magmatic’ or ‘tectonic’ with additional interpretations of favourable geological formations and structures that enable targeted exploration for SMS deposits, where only remote sensing data are available.

Diese Dissertation präsentiert Arbeitsabläufe und Methoden für das geologische Kartieren des Meeresbodens über Maßstabsgrenzen hinweg, von schiffsbasierten Untersuchungen bis hin zur Sammlung und Interpretation von hoch-auflösenden Daten mittels autonomer Unterwasserfahrzeuge.

Der systematische Ansatz bei der Interpretation typischer Fernerkundungsdaten von MOR ermöglicht es, die Geologie und Schlüsselprozesse an bekannten Hydrothermalvorkommen zu erfassen. Dies wird anhand von Beispielen gezeigt, wie 1) der Studie der „Rodriguez Triple Junction“ in regionalem Maßstab, 2) einer maßstabsübergreifenden Kartierung an ausgewählten Hydrothermalvorkommen im zentralen Indischen Ozean, sowie 3) der Analyse von insgesamt 32 Hydrothermalvorkommen im Indischen Ozean im lokalen Maßstab.

Größere Hydrothermalvorkommen befinden sich in mehr als 8 km Entfernung zur MOR-Achse, wo relativ stabile Ozeankruste und tiefgreifende Störungszonen eine langfristige hydrothermale Zirkulation begünstigen. Insgesamt konnten sechs verschiedene Arten von Ozeankruste definiert werden, die hydrothermale Zirkulation begünstigen: 1) das abseits der Rückenachse gelegene vulkanische Feld, 2) der axiale Schildvulkan, 3) der zentrale MOR-Graben, 4) das tektonische Massiv, 5) der ozeanische Kernkomplex und 6) die Scherzonen-Umgebung. Diese Einteilung verfeinert die bisher geltende Unterscheidung von „magmatischen“ und „tektonischen“ Vorkommen und ergänzt die Klassifizierung um konkrete lithologische Begebenheiten, Grenzwerte und Strukturen.

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