Gold speciation in hydrothermal fluids revealed by in situ high energy resolution X-ray absorption spectroscopy

Autor: Gleb S. Pokrovski, Elsa Desmaele, Clément Laskar, Elena F. Bazarkina, Denis Testemale, Jean-Louis Hazemann, Rodolphe Vuilleumier, Ari Paavo Seitsonen, Guillaume Ferlat, Antonino Marco Saitta
Přispěvatelé: Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France, Processus d'Activation Sélective par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif (UMR 8640) (PASTEUR), Département de Chimie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CNRS, Institut Néel, F-38042, Grenoble, France, Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Matériaux, Rayonnements, Structure (NEEL - MRS), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Sorbonne Université (SU)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: The American Mineralogist
The American Mineralogist, 2022, 107 (3), pp.369-376. ⟨10.2138/am-2022-8008⟩
ISSN: 0003-004X
1945-3027
Popis: Gold mobilization, transfer, and concentration in the Earth’s crust are controlled by hydrothermal sulfur- and chloride-bearing fluids. Yet the exact chemical identity, structure, and stability of Au-bearing species and, in particular, the respective contributions of the sulfide (HS−) and trisulfur ion (S3⋅−) ligands to Au transport lack direct in situ evidence. Here we employed high energy resolution fluorescence detection X-ray absorption spectroscopy (HERFD-XAS) on aqueous sulfate/sulfide/S3⋅−-bearing solutions at typical hydrothermal temperatures and pressures (T = 350 °C, P = 600 bar) to reveal differences in dissolved Au spectral signatures indicative of contrasting fluid-phase Au speciation as a function of acidity and redox conditions. Combined with in situ Au solubility measurements and quantum-chemical and thermodynamic modeling, our spectroscopic data provide direct evidence for the Au(HS)S3− and Au(HS)2− complexes predominant at acidic-to-neutral and alkaline conditions, respectively. Our findings thus directly confirm a recent speciation scheme for Au in aqueous S-bearing fluids established using less direct methods, and highlight an important role of the trisulfur ion in gold mobilization and concentration in hydrothermal-magmatic deposits associated with subduction zones. More generally, our results show that HERFD-XAS enables the identification of structural and coordination features in metal complexes virtually unresolvable using classical XAS techniques. By avoiding limitations of less direct techniques, our integrated high-resolution spectroscopic approach opens perspectives for studies of the speciation and solubility of gold and other metals in high T-P fluids, and potentially silicate melts, inaccessible to direct observation in nature.
Databáze: OpenAIRE
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