Un examen détaillé des mécanismes de dissolution de l'eau et du CO2 dans des minéraux nominalement anhydres et exempts de carbonates conduit à diverses conséquences qui paraissent importantes pour la pétrologie des roches originaires du manteau et leur fusion en présence de fluides. (1) La dissolution d'eau conduit à la formation de OH- qui peuvent réagir pour former de l'H2 moléculaire, O- et en fin de compte des cuivres peroxydes O22-. (2) L'hydrogène moléculaire (voir le point 1) peut s'échapper, laissant un système stoéchiométriquement enrichi en oxygène, qui peut se dégager à certaines températures bien définies sous forme de O2 moléculaire. (3) Le CO2 dissous peut former des ions carbonates, CO22-, mais, et de manière plus importante, il se dissocie pour former O- et du carbone "atomique" C très mobile. Les atomes de C sont liés à un ou deux O- sous forme de CO22- ou CO-. (4) Les déformations induites par les espèces dipolaires CO22- et CO- (voir le point 3) peuvent conduire à des défauts semblables à ceux qui provoquent la transition ferro-électrique - non-ferroélectrique des minéraux. (5) L'application de contraintes non uniformes cause un flux de diffusion du carbone dissous (voir le point 3), qui peut être rapide, transportant le carbone sur des distances importantes. (6) Le dégagement observé de CO2 d'un minéral silicaté chauffé n'est pas la preuve de la présence initiale de CO32-, parce que du CO2 se dégage aussi à partir de CO32-, le carbone atomique dissous. (7) La dissolution de CO2 dans des silicates solides se produit par chimisorption même à P = 1 bar et à température ambiante. Ainsi, les roches terrestres contribuent à tamponner la pression partielle de CO2 de l'atmosphère. (8) La réaction du carbone "atomique" dissous C avec des cations, de l'hydrogène ou de l'oxygène du réseau peut conduire à des composés métallo-organiques. (9) Des hydrocarbures, considérablement plus complexes que le méthane, sont formés sur les surfaces de fracture des minéraux, à la suite des réactions du carbone atomique dissous avec H2 (voir le point 1). (10) L'azote peut également être dissous dans les minéraux silicatés. Lors d'un chauffage, il se dégage sous forme de N2 ou réagit avec le C "atomique", H2 et O- pour donner des composés aminés. Une évaluation quantitative des déformations locales associées aux espèces de carbone dissoutes, à l'hydrogène moléculaire et aux anions peroxydes nous permettront de calculer les différences de solubilité du CO2 et de H2O dans les minéraux et les liquides.
ZusammenfassungDie Entdeckung des atomar gelSsten Kohlenstoffs in Olivinen aus Mantelgesteinen fiihrt zu neuen Vorstellungen fiber die Zusammensetzung der Uratmosph~ire und Entwicklungsbedingungen des Lebens. Atomarer Kohlenstoff im MgO ist in der Lage, in einer O2-freien Atmosph/ire mit dem Gittersauerstoff zu CO9 zu reagieren und mit dem aus OH-stammendeu Gitterwasserstoff eine gro13e Vielfalt yon organischen Verbindungen zu bilden.Dfffusionsprozesse und Gas-Festk6rper-Austauschreaktionen, die an diesen Reaktionen beteiligt sind, ffihren nach ersten Untersuchungen zu einer 13C-Anreicherung ira COo und einer 13C-Abreicherung bei den Kohlenwasserstoffen. Diese 12C/13C-Fraktionierung ist gleichsinnig mit der biologischen 12C/13C-Fraktionierung.Atomarer Kohlenstoff in Olivinen und Basalten zeigt ein sehr /ihnliches Reaktionsverhalten wie im MgO und fiihrt zu iihnlichen Reaktionsprodukten: 1--2 mg/g CO2 und 25--100 /zg/g Kohlenwasserstoffe zwischen 400--1000 ~ t2bertragen auf geologische Verh/iltnisse bedeutet dies, dab jeder kin 3 eines entgasenden basaltischen Magmas 3--6.109 kg (2.109 m s) CO2 und 1---3" 10 s kg (2" l0 s m 3) abiotischen Kohlenwasserstoff abgeben kann. Die Anwesenheit yon Wasser fiihrt zur Bildung yon Alkoholen und organischen S'auren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dal3 die Uratmosphiire und die ,,Ursuppe" viel reicher waren als bisher angenommen an komplexen organischen Verbindungen, die rein thermisch entstanden sind. AbstractThe recent discovery that atomic carbon occurs plentiful in olivines from mantlederived rocks opens new aspects for the chemical evolution of the early atmosphere and the origin of life. It has been shown conclusively that atomic carbon which is dissolved in the model oxide MgO is capable of reacting in an O2-free atmosphere with the lattice oxygen to give CO~ and with the lattice hydrogen, derived from OH-, to give a profuse variety of hydrocarbons.The dfffusional processes and low temperature gas/solid interface reactions involved in these processes are expected to introduce, purely abiotically, isotope fraetionation resulting in a lzC enrichment of the CO s fraction and in a xzC depletion of the hydrocarbon fraction which may be confused with the ~C/~3C isotope fractionation along biological pathways. Atomic carbon dissolved in olivines and in basalts shows a similar behaviour and yields similar quantities as C in MgO: 1--2 mg/g CO~ and 9.5--100 #g/g hydrocarbons degassing between 400 and 1000 ~ On a geological scale this means that each cubic kilometer of basaltic magma degassing in an O2-free atmosphere has the capacity ot sending off about 3--6.109 kg (2.109 m ~) of CO9~ and about 1--3.10 s kg (2-108 m 9) of hydrocarbons. The presence of water modifies the composition to give, among others, alcohols and organic acids.On the basis of these results we are led to the conclusion that the early atmosphere of the earth may have contained a very high concentration of abiotically formed "organic" compounds of great chemical complexity. R6sum6La d6couverte du carbone at...
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