Hydrogen and carbon derived from dissolved H2O and CO2 in minerals and melts

Abstract

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.

Particular H2O dissolution mechanism in iron‐rich melt: Application to martian basaltic melt genesis

“…Raman spectra of glasses synthesized 1 GPa are shown in Figure b in the H 2 O vibration region between 3,400 and 3,700 cm −1 . Raman acquisitions were also performed between 4,000 and 4,300 cm −1 to investigate the possible presence of H 2 at 4,135 cm −1 , but no signal was found. A main broad feature is observed at 3,550 cm −1 .…”

Incorporation of H2 in vitreous silica, qualitative and quantitative determination from Raman and infrared spectroscopy

“…Because of the centrosymmetry of diatomic, homonuclear molecules, the vibrations of undisturbed H 2 molecules are not IR-active and such a band should not be present in the IR spectra. Freund et al [40] attributed a band at 4130 cm −1 in the infrared spectra of crystalline CaO, to the H-H stretching mode of H 2 molecules located in non-centrosymmetrical sites. A similar effect may be responsible for the H-H vibration band in the IR absorption spectra of our samples, implying that H 2 molecules are bonded to the silicate framework or are distorted by the asymmetric field within the interstices of the silicate network.…”