A new high-pressure experimental apparatus to study magmatic processes at precisely controlled redox conditions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Oxygen fugacity (fO2) is typically controlled in high P-T experiments by using solid-state redox buffer assemblages. However, these are restricted to impose discrete fO2 values, often with significant gaps between neighboring assemblages. Semi-permeable hydrogen membranes (Shaw 1963) are often used in internally heated pressure vessels for more flexible fO2 control in hydrous experiments; however, their implementation in more widely available externally heated pressure vessels has not yet gained space. We propose a prototype molybdenum-hafnium carbide (MHC) pressure vessel apparatus that simultaneously allows rapid quenching and flexible, precise, and accurate redox control via a custom-designed hydrogen membrane. Test runs with two membranes at a time, one imposing and another one monitoring fH2, demonstrated that 95% of the imposed hydrogen pressure was attained inside the pressure vessel within 2 h at 800–1000 °C, after which a steady state equilibrium was established. Furthermore, experiments comparing redox-dependent Cu solubility in silicate melts at fO2 imposed by the fayalite-magnetite-quartz, Re-ReO2, and MnO-Mn2O3 buffers and identical target fO2 imposed by the hydrogen membrane confirmed consistency between the two methods within 0.25 log units fO2 deviation at T = 900 °C and P = 2000 bar. This powerful yet cost-effective and low-maintenance apparatus may open up new pathways for studying redox reactions in hydrous magmas and magmatic fluids. As a proof of concept, we conducted near-liquidus phase-equilibrium experiments with H2O-saturated calc-alkaline basalt and shoshonite melt compositions at five different fO2 values equally distributed between half log unit below the Ni-NiO buffer (NNO-0.5) and NNO+2.7. Most experiments crystallized olivine, clinopyroxene, and Ti-magnetite. The Mg# of the olivine increased with fO2, and the Fe3+/Fetotal ratios in the silicate melt were determined based on Fe(II)-Mg exchange between olivine and melt. The Fe3+/Fetotal ratios in the shoshonite melt were systematically higher by about 0.06 ± 0.01 than those in the calc alkaline basalt melt at identical fO2. The values determined for the basaltic melt were consistent within 1σ error (<0.033 deviation) from those predicted by the equation of Kress and Carmichael (1991). The Fe-Ti exchange coefficient between magnetite and silicate melt increases from 1.73 ± 0.19 (1σ) at NNO –0.5 to +7.12 ± 0.36 at NNO+2.7 for shoshonite and has a similar range for the calc-alkaline basalt.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».