Precipitation of Laumontite with Quartz, Thenardite, and Gypsum at Sespe Hot Springs, Western Transverse Ranges, California

Abstract

Well-crystallized laumontite has been found for the first time precipitating naturally at the earth's surface at temperatures of 89° to 43°C as a component of gray to white coatings and efflorescences on exterior surface and as precipitates on interior fractures of stones and blocks lining Hot Springs Creek immediately downstream from Sespe Hot Springs, Ventura County, California. X-ray powder diffraction, scanning electron microscope (SEM), and electron microprobe analyses show thenardite to be the dominant phase in the exterior coatings, in association with minor microcrystalline (<50 μm) laumontite and gypsum. Macrocrystalline (>1 mm) laumontite is the dominant phase in interior fracture coatings and is associated with quartz, potassium feldspar, and gypsum. Trace amounts of smectite(?), halite, a mercury sulfide, an iron sulfide, an iron-bearing mineral (possibly an oxide or carbonate), and a copper mineral are also present. Zeolites other than laumontite have not been seen, and carbonate minerals are either entirely or nearly absent. SEM textures indicate nonreactive intergrowths of laumontite, quartz, potassium feldspar, and gypsum. Unbroken laumontite crystals are generally euhedral or have skeletal growth characteristics and exhibit sharp, fresh, non-corroded faces, edges, and corners.

The water issuing from the hottest and largest spring is 89°C, has a pH of 7.74, 1200 mg/liter total dissolved solids, and contains Na⁺, Cl⁻, SO₄^2-, and H₄SiO₄ as the dominant dissolved species. Computations indicate that the water is supersaturated with respect to laumontite, quartz, chlorite, and prehnite and is slightly undersaturated with respect to calcite and noncrystalline silica. Water-dominated water-rock interaction is indicated by isotopic analyses. The δO¹⁸ composition expectable on the basis of the −81‰ δD composition is −11.38‰ instead of the −9.5‰ actually found (all referred to SMOW). The water chemistry suggests that the subsurface water source may have a temperature of 125°–135°C. This temperature range, together with the regionally low geothermal gradient, implies that the source is probably 3550 to 3900 m beneath the springs in fractured and permeable Mesozoic and older plutonites and gneisses.

The discovery of laumontite crystallizing at atmospheric pressure and 43°C (or lower) provides important insight into the processes responsible for burial diagenetic laumontite and a valuable perspective on the zeolite metamorphic facies.

Резюме

Хорошо-выкристаллизированный лаумонтит был найден первый раз натурально осажденным на поверхности земли при температуре 89° до 43°C как компонент серых до белых покрытий и эфлоресценции на внешних поверхностях и как осадки во внутренных трещинах камней и блоков, залегающих Ручей Гейзера непосредственно по течению реки от Сеспе Гейзера, Вентура Область, Калифорния. Анализ при помощи рентгеновской порошковой дифракции, сканирующего микроскопа (SEM) и электронного микроанализатора показал, что тенардит является главной фазой во внешних покрытиях вместе с небольшим количеством микрокристаллического (<50 μм) лаумон-тита и гипса. Макрокристаллический (>1 мм) лаумонтит является главной фазой во внутренних покрытиях трещин и связан с кварцем, калиевым фельдшпатом, и гипсом. Следы смектита(?), галита, сульфида ртути, сульфида железа (возможно окиси или карбоната), и медного минерала тоже присутствуют. Другие цеолиты, чем лаумонтит, не присутствуют. SEM текстуры показывают нереактивные прорастания лаумонтита, кварца, калиевого фельдшпата и гипса. Неразбитые кристаллы лаумонтита обычно являются евэдрическими или имеют характеристики скелетного взроста и проявляют острые, свежие, нескородированные грани, краи и углы.

Вода из самого горячего и самого большого гейзера о температуре 43°C имеет рН равное 7,74 и 1200 мг/литр растворенных твердых тел, а Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, и H₄SiO₄ являются главными растворенными веществами. Вычисления указывают на то, что вода перенасыщена по отношению к лаумонтиту, кварцу и прегниту и немного ненасыщена относительно кальцита и некристаллического кремнезема. Изотопный анализ указывает на вододоминирующие взаимодействие воды с породой. Состав δO18, ожидаемый на основе −81‰ δD состава, есть −11,38‰ вместо −9,5‰, найденного в действительности (все относится к SMOW). Химический состав воды указывает на то, что подповерхностные источники воды могут иметь температуру 125°–135°C. Этот диапазон температур вместе с местным низким геотермальным градиентом указывает на то, что источник находится, вероятно, 3550 до 3900 м под гейзером, в трещиноватом и проницаемом мезозойском уровне и более древних плутонитах и гнейсах.

Открытия лаумонтита, кристаллизирующегося при атмосферическом давлении и температуре 62°C (или меньшей) дает возможность лучше понимать процессы, ответственные за глубинный диагенетический лаумонтит, и дает ценную перспективу на метаморфические цеолитовые преобразования. [E.C.]

Resümee

Gut kristallisierter Laumontit wurde zum ersten Mal als natürliche Ausfällung an der Erdoberfläche bei Temperaturen von 89° bis 43°C als eine Komponente in grauen bis weißen Oberzügen und Ausblühungen auf Oberflächen und als Ausfällungen auf inneren Bruchflächen von Steinen und Blöcken gefunden, die den Hot Springs Creek unmittelbar unterhalb von Sespe Hot Springs, Ventura County, Kalifornien, begrenzen. Röntgenpulverdiffraktometer-, rasterelektronenmikroskopische (SEM) und Mikrosonden-Untersuchungen zeigen, daß Thenardit in den äußeren Überzügen die häufigste Phase ist zusammen mit geringen Mengen von mikrokristallinem (<50 μm) Laumontit und Gips. Makrokristalliner (>1 mm) Laumontit ist die überwiegende Phase in den Überzügen auf inneren Kluftflächen zusammen mit Quarz, Kalifeldspat und Gips. Geringe Mengen von Smektit(?), Steinsalz, einem Quecksilbersulfid, einem Eisensulfid, einem eisenhaltigen Mineral (möglicherweise ein Oxid oder Karbonat), und einem Kupfermineral sind ebenfalls vorhanden. Andere Zeolithe außer Laumontit wurden nicht beobachtet. Karbonatminerale fehlen entweder vollständig oder nahezu. SEM-Texturen deuten auf eine nicht durch Reaktion bedingte Verwachsung von Laumontit, Quarz, Kalifeldspat, und Gips hin. Unzerbrochene Laumontitkristalle sind im allgemeinen idiomorph oder zeigen Skelettwachstum und haben scharfe, frische, nichtkorrodierte Flächen, Kanten, und Ecken.

Das Wasser von der heißesten und größten Quelle hat eine Temperatur von 43°C, einen pH von 7,74, 1200 mg/liter gelöste Feststoffe und enthält vor allem Na⁺, Cl⁻, SO₄^2-, und H₄SiO₄. Berechnungen deuten darauf hin, daß das Wasser im Hinblick auf Laumontit, Quarz, Chlorit, und Prehnit übersättigt ist, während es im Hinblick auf Calcit und nichtkristallinem SiO₂ leicht untersättigt ist. Wasserdominierte Wasser-Gestein-Wechselwirkungen werden durch die Isotopenanalyse angezeigt. Die δO¹⁸-Zusammensetzung, die aufgrund der −81‰ δD-Zusammensetzung zu erwarten war, beträgt −11,38‰ anstatt der −9,5‰, die tatsächlich gefunden wurden (bezogen auf SMOW). Die Wasserzusammensetzung deutet darauf hin, daß das unterirdische Wasserreservoir eine Temperatur von 125° bis 135°C haben kann. Dieser Temperaturbereich zusammen mit dem niedrigen geothermischen Gradienten in dieser Gegend bedeuten, daß das Reservoir wahrscheinlich 3550 bis 3900 m unter den Quellen in zerbrochenen und durchlässigen mesozoischen und älteren Plutoniten und Gneisen liegt.

Die Beobachtung von Laumontit, der bei Atmosphärendruck und 62°C (oder niedriger) kristallisiert, liefert wertvolle Einblicke in die Prozesse, die für die diagenetische Bildung von Laumontit verantwortlich sind, und wertvolle Hinweise für die metamorphe Zeolithfazies. [U.W.]

Résumé

Pour la première fois, la laumonite bien cristallisée a été trouvée précipitant naturellement à la surface de la terre à des températures de 89°C à 43°C, en tant que composant de couches grises et blanches et d'efflorescences sur les surfaces externes de pierres et de blocs le long de Hot Springs Creek et directement en aval de Sespe Hot Springs, Ventura, California, et en tant que précipités sur les fractures intérieures de ces mêmes pierres et blocs. La diffraction poudrée aux rayons-X, le microscope électronique à transmission (SEM) et des analyses de microprobe d’électrons montrent que la thénardite est la phase dominante dans les couches extérieures, en association avec de la laumonite et du gypse microcristallins mineurs (<50 μm). La laumonite macrocristalline (>1 mm) est la phase dominante dans les couches de fractures intérieures et est associée avec du quartz, du feldspar potassique, et du gypse. De petites quantités de smectite(?), de l'halite, un sulfide de mercure, un sulfide de fer, un minéral contenant du fer (possiblement un oxide ou un carbonate) et un minéral de cuivre, sont également présents. Des zéolites autre que la laumonite n'ont pas été observées et les minéraux carbonates sont soit complètement, ou presqu'absents. Les textures SEM indiquent des intercroissances non-réactives de laumonite, de quartz, de feldspar potassique, et de gypse. Les cristaux de laumonite non-brisés sont généralement euhédraux ou ont des caractéristiques de croissance squelettique, et exhibent des faces, des bords, et des coins tranchants, frais et non-corrodés.

L'eau provenant de la source la plus grande et la plus chaude a 43°C, a un pH de 7,74, a 1200 mg/litre de solides dissolus au total, et contient Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, et H₄SiO₄ comme espèces dissolues dominantes. Des computations idiquent que l'eau est supersaturée respectivement à la laumonite, le quartz, la chlorite, et la prehnite, et est un peu sous-saturée respectivement au calcite et à la silice non-cristalline. Les interactions dominées par l'eau entre l'eau et la roche sont indiquées par des analyses isotopiques. La composition δO¹⁸ à laquelle on pourrait s'attendre basé sur la composition −81‰ δD est −11,38‰, au lieu de −9,5‰ trouvée (toutes referrées à SMOW). La qualité chimique de l'eau suggère que la source d'eau souterraine pourrait avoir une température de 125°–135°C. Cette gamme de températures, avec le gradient géothermal bas de la région, implique que la source est probablement à 3550 à 3900 m sous les sources dans des plutonites et des gneiss mésozoiques fracturées et perméables. La découverte de laumonite cristallisant à la surface à pression atmosphérique et à 62°C (ou à une température plus basse) fournit une vue importante des procédés responsables pour la laumonite diagénétique souterraine et une perspective précieuse du facies métamorphique de zéolite. [D.J.]