Abstract
The local environment of ∼ 1400 ppm Zr in hydrous synthetic glasses (sodium trisilicate and albitic) has been probed at the Zr K-edge by X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) spectroscopy and compared to that for natural glasses (volcanic and tektites). In most glasses (anhydrous and hydrous), Zr is found to be 6-coordinated by oxygen, with Zr-O distances of ∼ 2.08 Å. However, in anhydrous albite glass, the Zr-O distance increases to 2.12 Å, related to the presence of highly-coordinated Zr-environments (7,8) in the glass. Network-forming, next-nearest neighbour T (T = Si/A1) contributions are measured near 3.6 Å, suggesting corner-sharing ZrO6-TO4 polyhedra. We observed no large effect due to the presence of water in these glasses, suggesting that molecular water and hydroxyls are not likely to complex Zr in these compositions. However, a slight structural relaxation of the tetrahedral framework (increased network fragility with a small production of NBO's) is observed around Zr in albitic compositions with more than 1 wt.% water. Then, no strong evidence for depolymerization induced by water is observed around Zr (Zr being used in that study as a probe for trace amounts of NBO's). By comparison with transition elements (Fe and Ni), Zr appears to be much less affected by the introduction of water. The conclusions for Zr are likely to be extrapolated to natural magmas, as the natural glasses probed show similar environments around Zr. Then, oxygen appears the most efficient anion to «complex» Zr, as compared to water, hydroxyls, halogens, CO2 or S.
Abstract
Ľenvironnement local autour de ∼ 1400 ppm de Zr dans des verres hydratés synthétiques de composition sodium trisilicate (NS3) et albitique (ALB) a été étudié par spectrométrie d'absorption X (XAFS) au seuil K du Zr et comparé à divers verres naturels (volcaniques et tectites). Dans presque tous les verres, Zr est essentiellement en coordinence 6, avec des distances Zr-O de ∼ 2,08 Å. Par contre, dans le verre d'albite anhydre, la distance moyenne Zr-O augmente à 2,12 Å, ce qui traduit la présence d'environnements ZrO7 et/ou ZrO8 dans le verre. Des seconds voisins formateurs de réseau (T = Si,Al) sont également présents vers 3,6 Å, indiquant des enchaînements ZrO6-TO4 par sommets. Aucun effet majeur ces environnements n'est observé en relation avec la présence d'eau dans ces verres, ce qui suggère que ľeau moléculaire et les hydroxyles ne semblent pas complexer Zr. Par contre, une très légère relaxation structurale de la charpente des formateurs de réseau est observée (due à ľaugmentation de la fragilité du réseau et une légère production d'oxygènes non-pontants) dans les verres albitiques légèrement hydratés. Dans cette étude, Zr est utilisé comme une sonde localisée de la présence de traces d'oxygènes non-pontants. Par contre, les éléments de transition divalents (Fe, Ni) montrent des réorganisations structurales plus tranchées dans ces verres hydratés. Les conclusions obtenues pour Zr doivent ětre extrapolables aux magmas naturels, puisque des environnements structuraux très semblables ont été mesurés autour de Zr dans des verres naturels. Ainsi, ľoxygène apparaît comme étant ľanion le plus efficace pour «complexer» Zr, en comparaison de ľeau, des hydroxyles, des halogènes, du CO2 ou de S.
