Non

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20240 (2022) Citer cet article

704 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les synthèses à haute pression et à haute température qui impliquent des fluides aqueux contenant des substances volatiles sont généralement réalisées en enfermant les échantillons dans des capsules de métaux nobles fermées et soudées, étanches aux gaz, à partir desquelles la teneur en matières volatiles doit être extraite pour être analysée par spectroscopie de masse, ce qui rend l’analyse n’est pas reproductible. Nous décrivons ici une nouvelle méthode non destructive qui assure l'identification et l'estimation quantitative des substances volatiles directement dans la capsule scellée, en se concentrant sur des mélanges fluides H2O – CO2 équilibrés avec du graphite dans des conditions d'intérêt géologique (1 GPa, 800 °C). Nous avons utilisé un rayonnement X synchrotron à haute énergie (77 keV) combiné à un cryostat pour produire des diagrammes de diffraction des rayons X et des sections efficaces microtomographiques de diffraction des rayons X des échantillons volatils jusqu'à –180 °C, englobant ainsi les conditions dans lesquelles les phases cristallines - CO2 solide et clathrate (hydrate de CO2) - se forment. L'incertitude de la méthode est <15% en moles, ce qui reflète la différence entre la proportion volatile estimée à la fois par le raffinement Rietveld des données de diffraction et par l'analyse d'images des microtomogrammes, et la valeur de référence mesurée par spectrométrie de masse quadripolaire. Par conséquent, notre méthode peut être appliquée de manière fiable à l’analyse de mélanges gelés H2O – CO2 et, en outre, a le potentiel d’être étendue aux fluides expérimentaux d’intérêt géologique contenant d’autres substances volatiles, telles que CH4, SO2 et H2S.

Le dioxyde de carbone, le principal gaz à effet de serre de la Terre, circule entre la Terre solide et l'atmosphère sur de longues périodes (> 1 Ma) par divers processus naturels. Le dégazage diffus et les émissions volcaniques constituent le dernier maillon d'une longue chaîne de réactions de dévolatilisation se produisant à l'intérieur de la Terre1. L’oxydation de la matière organique carbonée (bientôt transformée en carbone graphitique) et la décarbonatation des minéraux carbonatés sédimentaires2 dans la lithosphère subduite sont probablement les processus les plus importants fournissant du CO2 au cycle profond du carbone. Cela a été démontré par exemple dans des expériences à haute pression et haute température reproduisant les conditions environnementales dans lesquelles les réactions de libération de CO2 devraient se produire en profondeur3–5. Les progrès récents dans la synthèse et l'analyse de fluides aqueux contenant du CO2 produits par oxydation du graphite dans des conditions redox contrôlées ont permis d'explorer un large éventail de systèmes de composition. Dans le C – O – H, le système le plus simple décrivant les fluides aqueux carbonés, il a été démontré que la composition des fluides en équilibre avec le graphite pur est cohérente avec les prédictions thermodynamiques. Cependant, un comportement d'oxydation imprévisible du graphite a été décrit dans des systèmes plus complexes contenant des silicates3, des carbonates5, des formes désordonnées de graphite6 ou des matériaux tampons rédox désordonnés (par exemple, NiO8). Dans ces études expérimentales, l’état rédox lors de la synthèse du fluide a invariablement été contraint à l’aide de la technique dite de la double capsule9, qui s’est avérée robuste et fiable. Les capsules doubles sont constituées d'une capsule fermée soudée interne, généralement constituée d'un alliage de métal noble perméable à l'hydrogène (par exemple, alliages contenant du Pt ou du Pd) et contenant la charge expérimentale, et une capsule fermée soudée externe contenant un minéral tampon rédox. assemblage (généralement métal + oxyde métallique ou oxyde métallique + silicate métallique, où le métal présente différents états d'oxydation) trempé dans l'eau. Au cours de l'analyse à haute pression et température, les réactions redox dans l'assemblage minéral tampon couplées à la dissociation de l'eau contraignent le fO2 et le fH2 dans la capsule externe. En raison de la perméabilité au H2, le même fH2 est également attendu dans la capsule interne. Lorsqu'il s'agit de l'oxydation du graphite, fH2 contrôle la quantité de CO2 produite dans la capsule interne contenant du graphite et de l'eau (voir « Méthodes »).