Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

16

During the last few years an increasing number of deep brine lakes

has been discovered in the eastern Mediterranean and characterized in

successful EU projects such as P

ALAEOFLUX

, M

EDRIFF

, SAP, and

B

IODEEP

, and the French-Dutch M

EDINAUT

programme.

These anoxic hypersaline deep basins are amongst the most extreme

environments found in the deep Mediterranean, with one of the high-

est dissolved sulphide concentrations ever reported for the ‘open

marine’environment (upto more than 12 mM), and demonstrating

large compositional differences between different brine pools: going

from a nearly 5 M MgCl2 solution and below seawater Na content

(Discovery Basin) to a nearly saturated 5.3 M NaCl solution (Tyro

Basin). The recently discovered Nadir brine has a high conductivity, is

high in NaCl, methane, and possibly sulphide, is relatively shallow

(2088 dbar compared to > 3200 dbar for al other brines) and seems

rather ‘recent’. 

One of the most extreme environments thusfar discovered is Urania

Basin which contains the highest radiogenic supersaturations ever

observed for the marine environment (

3

He / 

4

He of 1.10

-7

and

40

Ar /

36

Ar of 470; ref. 1), the most extreme d11B (28%o; ref. 2), the high-

est methane content (> 260 ul/ml), and the highest bottomwater tem-

perature (> 48°C). Irregular methane-driven (?) mud-eruptions appear

to occur from the latter bottom at least upto 600 m above the basin-

?oor, i.e. to a waterdepth of 2900 m. 

The composition of most of the brines seems to relate to a ‘relict

brine’or the dissolution of evaporites both originating from the

Messinian period during which the Mediterranean is thought to have

been dessicated (Bannock, Atalante and Tyro Basins). On the basis of

various isotopes for most of these basins the 'relic brine' option seems

the most plausible. In addition, the compositions of relevant major and

minor elements appear to be in near coincidence with the theoretical

seawater evaporation path. 

Urania brine is the most extreme exception to this picture, its major

and minor element composition, but in particular its isotopic signature

clearly relates to a source area that must be much deeper than that of

the Messinian evaporites, and which is clearly in?uenced by high-tem-

perature interactions with old sediment and volcanic (ash layers ?)

units.

In addition to their individual compositional characteristics, each

brine demonstrates a typical and for most of them rather stable inter-

nal brine structure of various different brine levels. Subtle as well as

outspoken temperature and compositional differences occur between

the different brine levels in individual basins. The transition between

different brine levels, and between brine and seawater may be rela-

tively gradual but usually is extremely abrupt (Fig. 1; see also ref. 3).

In particular the seawater/brine transition is dramatically changing

from seawater to 10x seawater concentration within a depth interval of

100 cm. The interface is further characterized by a strong dip in

Transmission (= high suspended matter content, but possibly partly

related to re?ections while waters of different densities are mixed; Fig.

2). Not only redox-related changes occur at these abrupt interfaces

(ref. 3,4), but also the distinct presence of specialized bacterial com-

munities are hypothesized, resulting in bacterial mats. These latter

have thus far been encountered in the underlying brine sediments only,

usually at the base of a slump deposit, suggesting their entrainment

upon entering the brine.

(*) Results have been obtained during EU projects MEDRIFF, PAELE-

OFLUX, SAP, BIODEEP, during French/Dutch bilateral project MEDINAUT,

during MEDMUD and PASS2 projects, and are ongoing during BIODEEP.

References

1.Winckler G., Suess E., Wallmann K., De Lange G.J., Westbrook G.,

and Bayer R., 1997. Excess Helium and Argon of radiogenic origin in

Mediterranean brine basins.Earth Planet. Sci. Lett.,151: 225-231. 

2.Vengosh A., De Lange G.J., and StarinskyA., 1998. Boron isotope and

geochemical evidence for the origin of Urania and Bannock brines at the

eastern Mediterranean: Effect of water-rock interactions. Geochim.

Cosmochim. Acta,62: 3221-3228.

3. De Lange G.J., Catalano G., Klinkhammer G.P. and Luther G.W.,

1990. The interface between oxic seawater and the anoxic Bannock

Brine; its sharpness and the consequneces for the redox-related cycling of

Mn and Ba. Mar. Chem., 31: 205-217.

4. De Lange G.J., Boelruk N.A.I.M., Catalano G., Corselli C.,

Klinkhammer G.P., Middelburg J.J., Müller D.W., Ullman W.J.,Van

Gaans P. and Woittiez J.R.W., 1990. Sulphate-related equilibria in the

hypersaline brines of the Tyro and Bannock basins, eastern

Mediterranean.Mar. Chem.,31: 89-112.

5. Erba E., 1991. Deep mid-water bacterial mats from anoxic basins of

the Eastern Mediterranean. Mar. Geol., 100: 83-101.

HYPERSALINE EASTERN MEDITERANEAN BRINES: COMPOSITION AND ORIGIN (*)

Gert J. De Lange

1*

,Van Santvoort P.

1

, Passier H.

1

, Rutten A.

1

,Vengosh A.

2

, Michard A.

3

, Corselli C. 

4

,Winckler G.

5

,

Wallmann K.

6

, Suess E.

6

, J. Woodside

7

, J.P. Foucher

8

, and M

EDINAUT

participants.

1

Faculty of Earth Sciences, Depart. of Geochemistry and of Palemagnetist, Utrecht Univ, the Netherlands - gdelange@geo.uu.nl 

2

Hydrological Service, Research department, Jerusalem, Israel

3

Centre de Recherches de Geosciences, CEREGE, Aix-en-Provence , France.

4

University of Milano-2, Department of Geological sciences and Geotechnologies, Milano, Italy

5

University Heidelberg,Institute for Environmental physics, Heidelberg, Germany

6

Geomar Research Centre for Marine Geosciences at C. Albrechts University, Kiel, Germany

7

University of Amsterdam, department of Marine Geology,Amsterdam, The Netherlands

8

Ifremer, Centre for Marine Research, Plouzane-Brest, France

Keywords: Eastern Mediterranean, brines, hydrothermal, geochemistry

Fig. 1 -Temperature,

conductivity and

transmissionversus

depth below 3000

dbar for Urania

basin.Note the low

transmission at

seawater/brine and 

brine I /brinne II

Fig. 2 - Detailed

graph of

temperature,

conductivity and

transmissionversus

depth below 3510

dbar for Urania

basin.Transmission

values below normal

seawater values are

indicated in grey;