Cadmium and zinc transport by hydrothermal and volcanic fluids and vapors: experimental study, physical-chemical modeling and geological applications
Transferts du cadmium et du zinc par phase fluide et vapeur dans les processus hydrothermaux et volcaniques: étude expérimentale, modélisation physico-chimique et applications géologiques
Résumé
The goal of this work is to quantify the role of the vapor and fluid phases in the behavior of Zn and Cd in hydrothermal/volcanic environments, using a combination of laboratory experiments in model systems (solubility, potentiometry, partitioning) and in situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) with physical-chemical modeling and analyses of natural fluids. Our results show the formation of chloride complexes with stoichiometries CdClm(H2O)n2-m and octahedral or tetrahedral geometries depending on T and mCl. The thermodynamic parameters generated for these species show that they are the main aqueous species responsible for the transport of cadmium in hydrothermal and volcanic settings. Our data demonstrate that Cd chloride complexes are far more stable than their Zn analogs. The ensemble of experimental, analytical and thermodynamic data obtained in this work permits to propose a new geochemical tracer of the evolution and composition of hydrothermal fluids based on the Zn/Cd ratio.
Cette étude a pour but de quantifier le rôle de la phase fluide et vapeur dans le comportement de Zn et de Cd dans les processus hydrothermaux/volcaniques, en combinant mesures expérimentales en laboratoire (solubilité, potentiométrie, coefficients de partage) et spectroscopie d'absorption de rayons X in situ (XAS) avec modélisations physico-chimiques et analyses de gaz volcaniques naturels. Nos résultats mettent en évidence la formation de complexes chlorurés en phase fluide et vapeur de stoechiométrie CdClm(H2O)n2-m ayant des géométries octaédrique ou tétraédrique selon T et mCl. Les paramètres thermodynamiques générés pour ces complexes démontrent qu'ils sont les espèces majeures responsables du transport de Cd par les fluides naturels. Ces complexes chlorurés de Cd sont beaucoup plus stables que leurs analogues de Zn et jouent un rôle clé dans le fractionnement des deux métaux. L'ensemble des données expérimentales, thermodynamiques et analytiques obtenu permet de proposer un nouveau traceur géochimique des processus hydrothermaux basé sur le rapport Cd/Zn