Abstract

We performed Nb K-edge XAFS spectroscopy experiments on a series of model compounds, natural glasses and anhydrous and fluid-bearing (H2O, F) synthetic glasses doped with 0.1 to 5 wt.% Nb2O5. In addition, we decribe a new ICP–AES method to provide chemical information on micro quantities of glass samples. In dry, H2O- and F-bearing peraluminous and peralkaline glasses, Nb5+ is present as NbO6 moeties. These share corners with SiO4 and AlO4 tetrahedra through non-bridging oxygen (NBO) atoms. No evidence for 4-, 5- or 7-coordinated Nb was found. Slight changes in site centrosymmetry were detected among the compositions (ordered in NBO-rich compositions, more disordered and distorted in peraluminous ones). In agreement with Nb2O5 solubility experiments, bond-valence theory suggests that network-modifying cations such as Na are present in the vicinity of Nb. This environment most closely resembles those observed in alkali niobosilicates such as vuonnemite and labuntsovite-group minerals. In dry, peraluminous glasses, the sites containing Nb are disordered, as in columbite. Similar information on speciation was obtained for a set of natural glasses. The local environment around the Nb atoms is therefore highly sensitive to melt depolymerization, alkalinity and H2O, F contents, all of which will increase the solubility of Nb in the melt and explains a number of its geochemical properties in evolved magmatic systems.

Abstract

Une série de minéraux et de verres naturels et synthétiques (0.1–5 wt.% Nb2O5, dopés en H2O, en fluor, ou les deux) ont été étudiés par spectroscopie XAFS au seuil K de Nb. Également, une nouvelle méthode ICP–AES est présentée qui permet d’analyser des micro-quantités d’échantillons dilués en Nb. Dans tous les verres, des unités Nb5+O6 sont détéctées qui partagent des sommets avec des tétraèdres SiO4/AlO4 via des atomes d’oxygène non-pontants (ONP). Aucun Nb en coordinence 4, 5 ou 7 n’a été détecté. De légères variations dans la centrosymmétrie des sites ont été mesurées (ordonnée et distordue, pour, respectivement, des compositions riches en ONP et peralumineuses). La théorie des forces de liaison suggère que les cations modificateurs de réseau (comme Na) sont présents autour de Nb. En accord avec les données sur la solubilité de Nb2O5, ces environnements sont proches de ceux rencontrés dans des niobiosilicates alcalins tels la vuonnemite ou les minéraux du groupe de la labuntsovite. Dans les verres anhydres et peralumineux, les sites du Nb sont distordus comme dans la columbite. Ces informations de spéciation ont aussi été observées pour trois verres naturels. Ainsi, l’environnement local du Nb est fortement sensible à la dépolymérisation du magma, son alcalinité et ses teneurs en H2O et F, qui augmentent la solubilité du Nb et expliquent un certain nombre de ses propriétés géochimiques dans les magmas tardifs.

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