Abstract

The geochemical behavior of sulfur in magmas depends strongly on the oxidation state of sulfur, but this is not easily determined by standard analytical methods. We have measured XANES absorption spectra at the sulfur K-edge and have found that such measurements are useful to characterize the oxidation state and speciation of sulfur in silicate glasses of geological relevance. Measured spectra of a set of reference minerals show the effects of different oxidation states and coordination numbers of sulfur; there is a large shift in energy (~10–12 eV) of the sulfur K-edge between S2− and S6+. This large and easily detectable difference makes possible the measurement of the valence of sulfur in unknown samples by measuring the shift in energy of the absorption edge. This approach is applicable to both crystalline and glassy materials, and useful results have been obtained on samples with as little as 450 ppm S. We have used XANES measurements to characterize oxidation state and speciation of sulfur in a set of natural and synthetic sulfur-bearing glasses. The samples cover a range of composition from basaltic to almost rhyolitic, and some were synthesized over a range of pressure, temperature and oxygen fugacity; glass S content varies between 450 and 3000 ppm. XANES analyses, carried out in fluorescence mode at LURE, allowed determination of the sulfur oxidation state in all of the samples and clearly show that some samples contain a mixture of S2− and S6+; no other sulfur species were observed. Quantitative determination of the abundance of sulfide and sulfate shows good agreement with independent measurements based on electron-microprobe determination of the wavelength shift of sulfur Kα X-rays.

Abstract

Le comportement géochimique du soufre dans les magmas dépend fortement du taux d’oxydation du soufre, mais cet aspect n’est pas facile à documenter par les méthodes analytiques habituelles. Nous avons mesuré les spectres d’absorption XANES du soufre, en particulier du seuil d’absorption K, et nous avons trouvé ces mesures utiles pour caractériser le taux d’oxydation et la spéciation du soufre dans les verres silicatés d’importance géologique. Des spectres de référence ont été mesurés sur certains minéraux choisis pour montrer les taux d’oxydation et les coordinences distincts du soufre; il y a un décalage important en énergie (~10–12 eV) du seuil d’absorption K entre le S2− et le S6+. Cette différence majeure et facilement décelable rend possible la mesure de la valence du soufre dans des échantillons méconnus en examinant le déplacement de l’énergie associée au seuil de l’absorption. Ces mesures s’appliquent également à des matériaux cristallins ou vitreux, et mènent à des résultats utiles même dans des cas où la teneur en soufre est très faible, par exemple 450 ppm. Nous avons utilisé des mesures XANES pour caractériser le taux d’oxydation et la spéciation du soufre dans des verres naturels et synthétiques. Les échantillons correspondent à un intervalle de composition entre basaltique et presque rhyolitique, et certains ont été synthétisés sur un intervalle de pression, de température et de fugacité d’oxygène; la teneur en S des verres varie entre 450 et 3000 ppm. Les analyses XANES, faites en mode fluorescence à l’emplacement LURE, nous ont permis de déterminer le taux d’oxydation de tous les échantillons, et montrent clairement que certains échantillons contiennent un mélange de S2− et de S6+; aucune autre valence de soufre n’a été observée. Une détermination quantitative de l’abondance de sulfure et de sulfate montre une bonne concordance avec les mesures fondées sur le décalage en longueur d’onde des rayons X Kα du soufre, faites indépendemment avec une microsonde électronique.

(Traduit par la Rédaction)

You do not currently have access to this article.