Abstract Fluid-rock interactions in hydrothermal systems at or near mid-oceanic ridges (MOR) play a major role in determining the composition of the oceanic crust and seawater. To quantify the processes that govern cation exchange in these environments we have experimentally studied the isotopic evolution of δ26/24Mg in the fluid phase during seawater-basalt interaction at 250 and 290 °C. Mass balance constraints indicate that isotopically heavy Mg was preferentially incorporated into non-exchangeable (octahedral) sites in secondary clay minerals such as saponite (Mg-rich smectite), leaving residual fluids enriched in light Mg isotopes. The magnitude of fractionation observed during smectite precipitation in our experiments ( e Smectite - Liquid 26 / 24 ) ranged from 0.35 ‰ to 0.42 ‰ . This observation, which contrasts with the preferential uptake of light Mg isotopes into biogenic and inorganic marine carbonates, highlights the potential utility of Mg isotopes as tracers of the precipitation dynamics of authigenic Mg-silicate and Mg-carbonate phases. Furthermore, although Mg isotopic fractionation is often masked by the almost complete removal of Mg in high temperature marine hydrothermal systems, our experiments demonstrate that it does become significant at lower temperatures where Mg removal by clay formation is incomplete. Under such conditions, this fractionation will create isotopically light fluids due to smectite precipitation, thus potentially represents an important component of the marine Mg isotope inventory.

中文翻译：

---

热液海水-玄武岩相互作用过程中的镁同位素分馏

摘要 大洋中脊（MOR）处或附近的热液系统中的流体-岩石相互作用在确定大洋地壳和海水的组成方面起着重要作用。为了量化这些环境中控制阳离子交换的过程，我们通过实验研究了 250 和 290 °C 下海水-玄武岩相互作用期间流体相中 δ26/24Mg 的同位素演化。质量平衡约束表明同位素重 Mg 优先结合到次生粘土矿物（如皂石（富镁蒙脱石））中的不可交换（八面体）位点，留下富含轻 Mg 同位素的残余流体。在我们的实验中（e Smectite-Liquid 26 / 24）在蒙脱石沉淀过程中观察到的分馏幅度在 0.35 ‰ 到 0.42 ‰ 之间。这个观察，与轻质 Mg 同位素优先吸收到生物和无机海洋碳酸盐中形成对比，突出了 Mg 同位素作为自生 Mg-硅酸盐和 Mg-碳酸盐相沉淀动力学示踪剂的潜在效用。此外，尽管 Mg 同位素分馏通常被高温海洋热液系统中 Mg 的几乎完全去除所掩盖，但我们的实验表明，在较低的温度下，通过粘土形成的 Mg 去除不完全，它确实变得重要。在这种条件下，由于蒙脱石沉淀，这种分馏将产生同位素轻流体，因此可能代表海洋镁同位素清单的重要组成部分。突出显示 Mg 同位素作为自生 Mg-硅酸盐和 Mg-碳酸盐相沉淀动力学示踪剂的潜在效用。此外，尽管 Mg 同位素分馏通常被高温海洋热液系统中 Mg 的几乎完全去除所掩盖，但我们的实验表明，在较低的温度下，通过粘土形成的 Mg 去除不完全，它确实变得重要。在这种条件下，由于蒙脱石沉淀，这种分馏将产生同位素轻流体，因此可能代表海洋镁同位素清单的重要组成部分。突出显示 Mg 同位素作为自生 Mg-硅酸盐和 Mg-碳酸盐相沉淀动力学示踪剂的潜在效用。此外，尽管 Mg 同位素分馏通常被高温海洋热液系统中 Mg 的几乎完全去除所掩盖，但我们的实验表明，在较低的温度下，通过粘土形成的 Mg 去除不完全，它确实变得重要。在这种条件下，由于蒙脱石沉淀，这种分馏将产生同位素轻流体，因此可能代表海洋镁同位素清单的重要组成部分。我们的实验表明，它在较低温度下确实变得重要，因为粘土形成对镁的去除不完全。在这种条件下，由于蒙脱石沉淀，这种分馏将产生同位素轻流体，因此可能代表海洋镁同位素清单的重要组成部分。我们的实验表明，它在较低温度下确实变得重要，因为粘土形成对镁的去除不完全。在这种条件下，由于蒙脱石沉淀，这种分馏将产生同位素轻流体，因此可能代表海洋镁同位素清单的重要组成部分。