Conditions of stichtite (Mg6Cr2(OH)16[CO3]·4H2O) formation and its geochemical and isotope record of early phanerozoic serpentinizing environments

Abstract

Stichtite is a magnesium-chromium hydroxycarbonate mineral found in association with early Phanerozoic chromite-rich serpentinite rocks of Tasmania, Australia and Tehuitzingo, Mexico. Elemental analysis of stichtite shows a range of compositions within the Cr-Fe-Al hydrotalcite group, with compositional trends associated with each discrete serpentinite host body. Elemental and textural analysis of stichtite-associated chromite indicates that stichtite forms in fore-arc setting rocks through interaction of chromite and methane-rich serpentinizing fluids. The degree to which chromite is replaced by stichtite is inferred to correlate with the length of time that the host rocks spent within the "stichtite window." Carbon stable-isotope analyses of stichtite suggest carbon sourcing from marine kerogen with a minor marine carbonate component in some samples. The carbon and hydrogen stable isotope profile of stichtite ranges from the field of methane from active serpentinizing zones, to organic thermogenic methane. The association of the stichtite 2H polytype (nee barbertonite) with aragonite ± antigorite suggests this is a higher pressure/temperature polytype of stichtite. Reaction completion textures, isotopic values, and qualitative mineral thermobarometric indicators indicate that stichtite forms during serpentinization of fore-arc setting rocks in a methane/H 2-rich environment within fluid conduits, ranging from near the surface to depths where pressure is up to 1.2 to 0.8 GPa and temperature is up to ~300°C. These unique chemical, isotopic, and textural properties of stichtite from distinct serpentinite bodies likely record the duration of serpentinization at specific thermobarometric conditions, and provide a window into the conditions associated with a potentially habitable environment on early Earth and other bodies of the solar system.

Insights on Structure and Threshold Detection Limits of Stichtite (Magnesium-Chromium Carbonate-Hydroxide) by Fourier Transform Infrared Analysis

“…Stichtite (Mg 6 Cr 2 (OH) 16 [CO 3 ]•4H 2 O) is a purple to pink magnesium-chromium hydroxycarbonate mineral that may contain a fossil stable isotope record of early earth serpentinizing conditions under which the Last Universal Common Ancestor (LUCA) is known to have thrived [1][2][3]. Stichtite is an end member of the rhombohedral hydrotalcite group, which includes stichtite (Cr), pyroaurite (Fe), and hydrotalcite (Al).…”

Минералы Системы Стихтит – Пироаурит – Айоваит – Вудаллит Из Серпентинитов Теректинского Хребта, Горный Алтай, Россия

“…Здесь он зачастую формирует изоморфный ряд с пироауритом [Ashwal and Cairncross, 1997]. Недавние изотопные исследования стихтита из проявлений Западной Тасмании (Австралия) и Теуицинго (Мексика) показали, что образование минерала происходило вовремя серпентинизации ультрабазитов островодужных комплексов под воздействием флюида, обогащенного метаном или водородом [Melchiorre et al, 2017]. При этом степень замещения хромита стихтитом определяется длительностью так называемого "стихтитового окна" -периода, когда такой химизм процесса серпентинизации сочетается с определенными физическими условиями: температура до 300ºС и давление не выше 0.8-1.2 ГПа [Melchiorre et al, 2017].…”

“…Недавние изотопные исследования стихтита из проявлений Западной Тасмании (Австралия) и Теуицинго (Мексика) показали, что образование минерала происходило вовремя серпентинизации ультрабазитов островодужных комплексов под воздействием флюида, обогащенного метаном или водородом [Melchiorre et al, 2017]. При этом степень замещения хромита стихтитом определяется длительностью так называемого "стихтитового окна" -периода, когда такой химизм процесса серпентинизации сочетается с определенными физическими условиями: температура до 300ºС и давление не выше 0.8-1.2 ГПа [Melchiorre et al, 2017]. На материале из Тасмании и Теуицинго было, в частности, установлено, что повышение содержания железа в стихтите свидетельствует о понижении температуры серпентинизации, а также, что политип 2Н является более высокотемпературной или высокобарической модификацией, чем 3R [Melchiorre et al, 2017].…”

“…При этом степень замещения хромита стихтитом определяется длительностью так называемого "стихтитового окна" -периода, когда такой химизм процесса серпентинизации сочетается с определенными физическими условиями: температура до 300ºС и давление не выше 0.8-1.2 ГПа [Melchiorre et al, 2017]. На материале из Тасмании и Теуицинго было, в частности, установлено, что повышение содержания железа в стихтите свидетельствует о понижении температуры серпентинизации, а также, что политип 2Н является более высокотемпературной или высокобарической модификацией, чем 3R [Melchiorre et al, 2017]. Отметим, что последнее согласуется с нашими данными по условиям образования разных политипов квинтинита -Mg-Al-СО3 члена надгруппы гидроталькита с Mg:Al = 2:1 [Zhitova et al, 2018].…”

“…Исходя из предположения, что образование политипов СДГ определяется термодинамическими условиями [Allmann, 1968;Pausch et al, 1986;Melchiorre et al, 2017;Zhitova et al, 2018b] Рис. 1.…”