Discovery of Ge2+ in quartz: Evidence from EPR/XAS experiments and DFT calculations, and implications for Ge/Si systematics
Notice bibliographique
Résumé
The Ge/Si systematics as a biogeochemical tracer with diverse applications from paleo-climatic reconstructions to discrimination of magma sources and elucidation of Earth’s early evolution hinges on the coherent behavior of these elements in the tetravalent state. However, determination of Ge speciation in quartz and other silicate minerals is technically challenging because this element almost invariably occurs at several parts per million or lower concentrations. This contribution reports a detailed study of Ge speciation in quartz by combining single-crystal electron paramagnetic resonance spectroscopy, synchrotron X-ray absorption spectroscopy, and ab initio theoretical calculations. Our single-crystal and powder electron paramagnetic resonance spectra of artificially irradiated quartz reveal a suite of previously reported Ge electron centers (GECs) such as [GeHLi 2 ] 0 and [GeHH 2 ] 0 centers as well as a new GeHLi center. These multiply-compensated GECs in artificially irradiated quartz suggest that their precursors before irradiation involve the diamagnetic Ge 2+ state. Ge K -edge X-ray absorption spectroscopic data of selected quartz samples further support the presence of Ge 2+ . Theoretical calculations reproduce the experimental 1 H and 7 Li hyperfine constants of the [GeHLi 2 ] 0 center and suggest the new GeHLi center to be a new variant of the multiply-compensated GECs with the second monovalent cation in a distant c -axis channel, again supporting the Ge 2+ state. The presence of Ge 2+ in sedimentary-diagenetic quartz, in particular, challenges existing thermodynamic data that Ge 4+ is the only stable oxidation state in aqueous solutions under near-surface conditions. Incorporation of Ge 2+ in quartz and other silicates can significantly affect Ge/Si fractionations, with important implications for their applications as a biogeochemical tracer from surficial environments to magmatic-hydrothermal systems, Earth’s core-mantle differentiation, and other planetary processes.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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