The chemical behaviour of chlorine in silicate melts
The chemical behaviour of chlorine in silicate melts
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硅酸盐熔体中氯的化学行为
DOI：
10.1016/j.gca.2020.11.018
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发表时间：
2021
影响因子：
5
通讯作者：
Thomas R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thomas R
我们在0.5- 2GPa和1200-1500 °C下进行了实验，以研究氯在硅酸盐熔体中的溶解行为。实验进行控制的Ag，AgCl和AgI的混合物和氧逸度缓冲在C-CO-CO2（CCO）和Re-ReO 2的氯逸度。结果表明，初始氯溶解机制是两个游离的Cl−离子取代硅酸盐熔体中的O2−，其反应式为：Cl 2 + [O2−]melt = 2[Cl−]melt +0.5O2。在100-200 MPa/1050 °C条件下，相同的溶解机制也适用于含水饱和玄武岩。使用不含Fe的单基玄武岩成分（An 50 Di 28 Fo 22）和冰岛玄武岩进行的实验遵循了Cl浓度对f（Cl 2）0.5和f（O2）0.25的预测依赖性。这种Henrian行为从0延伸到至少2.6重量%的Cl溶解在单玄武岩组合物中，1.6重量%的Cl在无水玄武岩中，1.5重量%的Cl在流体饱和的玄武岩中。在较高浓度下偏离亨利定律的行为与Cl−离子的渐进缔合一致。在亨利定律区域中，An 50 Di 28 Fo 22组合物中的Cl浓度由下式给出（重量%）：logClmelt=1.20632- 94040 PT-0.25logfO2+0.5logfCl2P单位为GPa，T单位为开尔文，括号中的值为1个标准误差，f（Cl 2）和f（O2）指0.1MPa和目标温度下纯气体的标准状态。对于天然无水玄武岩，我们得到：logClmelt=0.98464- 93070 PT-0.25logfO_2 + 0.5logfCl_2考虑到熔体中Cl含量的P-T关系，我们发现在很低的压力下，玄武岩中Cl含量在自然界中是非常稳定的。含有0.05- 0.5wt% Cl的典型浓度范围的玄武岩应该例如仅在0-5 MPa的压力下开始将它们的氯以HCl的形式显著脱气。在100-200 MPa的含水，流体饱和玄武岩的数据，当校正的Ca，Na和K在流体中的溶解，大致上与我们的结果为无水玄武岩一致。最后，我们使用最近评估的热力学数据方钠石（Na_4Al_3Si_3 O_（12）Cl）计算的条件下，这一阶段将稳定在粗面岩和响岩。我们发现，方钠石作为液相线相的外观反映了低液相线温度和高Na 2 O活性的组合，而不是异常高的氯逸度。
We have performed experiments at 0.5–2 GPa and 1200–1500 °C to investigate the dissolution behaviour of chlorine in silicate melts. The experiments were performed with chlorine fugacities controlled by mixtures of Ag, AgCl and AgI and oxygen fugacity buffered at C-CO-CO2 (CCO) and Re-ReO2. The results demonstrate that the initial chlorine dissolution mechanism involves the replacement of O2− in the silicate melt by two dissociated Cl− ions according to the reaction:Cl2 + [O2−]melt = 2[Cl−]melt + 0.5O2.The same dissolution mechanism applies to hydrous, fluid-saturated basalt at 100–200 MPa/1050 °C. Experiments using both an Fe-free haplobasaltic composition (An50Di28Fo22) and an Icelandic basalt followed the predicted dependence of Cl concentration on f(Cl2)0.5 and f(O2)0.25. This Henrian behaviour extends from 0 to at least 2.6 wt% Cl dissolved in the haplobasaltic composition, 1.6 wt% Cl in anhydrous basalt and ∼1.5 wt% Cl in fluid-saturated basalt. Deviations from Henry’s Law behaviour at higher concentrations are consistent with progressive association of Cl− ions. In the Henry’s Law region Cl concentration in the An50Di28Fo22 composition is given by (wt%):logClmelt=1.20632-94040PT-0.25logfO2+0.5logfCl2P is in GPa, T in kelvin, values in brackets are 1 standard error, and f(Cl2) and f(O2) refer to standard states of pure gas at 0.1 MPa and the temperature of interest. For the natural anhydrous basalt we obtain:logClmelt=0.98464-93070PT-0.25logfO2+0.5logfCl2By considering the P-T dependences of the Cl contents of melts we find that the concentrations observed in nature are extremely stable in basalt to very low pressures. Basalts containing the typical concentration range of 0.05–0.5 wt% Cl should, for example, only begin to degas their chlorine significantly, as HCl, at pressures in the range 0–5 MPa. Data on hydrous, fluid-saturated basalt at 100–200 MPa are, when corrected for dissolution of Ca, Na and K in the fluid, broadly consistent with our results for anhydrous basalt.Finally, we use recently evaluated thermodynamic data for sodalite (Na4Al3Si3O12Cl) to calculate the conditions under which this phase would stabilise in trachytes and phonolites. We find that the appearance of sodalite as a liquidus phase reflects a combination of low liquidus temperature and high Na2O activity rather than unusually high chlorine fugacity.
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