추상
칼코 사이트의 기원은 전 세계의 초 유전자 농축,퇴적 구리/적색 층 및 고온 하이포겐 광물 화에서이 광물의 구리 동위 원소 값의 비교를 통해 탐구된다. 문헌의 데이터와 여기에 제시된 데이터는 고온 광물 화의 칼 코사이트가 퇴적 구리/적색 층 및 초 유전자 농축에 비해 가장 단단한 값 클러스터를 가지고 있음을 보여줍니다. 수단의 오차가 겹치지만,데이터의 많은 부분이 서로 다른 값에 놓여 있으며,퇴적암 구리/적색 층의 경우<-1,고온 하이포겐 사이 및 슈퍼 유전자 농축 칼코 사이트의 경우>+1 의 구별 범위를 허용합니다. 퇴적 구리/적색 층과 초진 농축 칼코 사이트의 구리 동위 원소 값은 구리의 용해 및 수송과 관련된 산화 환원 반응에 의해 발생하는 반면,하이포겐 미네랄의 구리 동위 원소 값의 엄격한 범위는 평형 조건에서 활성 공정과 관련이 있습니다.
1. 칼 코 사이트의 중요성
칼 코 사이트는 경제적으로 중요한 구리 광물입니다. 결정학,미량 원소,광물 조립 및 조직 관찰 및 측정이이 미네랄의 기원을 이해하는 데 사용되었습니다. 칼코사이트의 기원에 관한 모델은 매우 다양하며,가장 높은 온도의 열수 시스템에서 주변 온도 풍화 솔루션에 이르기까지 다양한 조건이 있으며,이 광물의 모든 발생이 어떻게 형성되는지를 제한하기 위해 단일 모델을 사용할 수 없습니다.
칼코사이트가 어떻게 형성되고 어떤 지질학적 과정이 그 농도로 이어지는지에 대한 이해에 기여하기 위해,본 연구는 여기에 제시된 새로운 자료와 문헌에서 구리 동위 원소 값을 분석한다. 이 데이터는 궁극적으로 경제적으로 중요한 필수 광물의 생성으로 이어지는 지질 학적 과정과 관련된 다양한 유형의 광물 퇴적물을 구별하는 데 사용됩니다.
2. 고려 된 칼코 사이트의 유형 및 분석 된 퇴적물
칼코 사이트의 기원은 세 가지 일반적인 모델로 분류 할 수 있습니다: (1)열수 유체에서 침전되는 하이포겐 저체온 광석(>150 다),(2)붉은 층과 층상”퇴적”광석 온도에서 퇴적 분지를 통해 순환하는 유체에서 침전되는<150 다),(3)표면 근처의 환경에서 저온에서 주변 온도로 침전되는 초진 농축 광석 산화 유체.
이 퇴적물에서 칼코 사이트의 구리 동위 원소 조성은 몇 가지 요인으로 인해 다양합니다. 일반적으로,대부분의 구리 예금의 주요 소스는 약의 동위 원소 조성을 가진 마그마 바위의 큰 몸이다(어디에). 그러나,주로 마그마 소스 물질의 구리 동위 원소 조성의 상대적으로 작은 변화는 광석 용액 및 관련 칼코 사이트 내에서 구리 가능한 값에 영향을 미칠 것이다. 더 중요한 것은,초기 동위 원소 조성은 2 차 칼코 사이트의 침전 동안뿐만 아니라 원천으로부터의 침출 동안 분별 화에 의해 영향을받을 수있다. 분별 화의 특성은 특정 용해 및 침전 공정(예:고체 또는 용액 내 결합)및 물리적 및 화학적 조건(예:온도,산화 환원)에 따라 달라지며 산화 환원 공정은 산화 된 제품에서 65 세 미만 및 환원 된 제품에서 63 세 미만에서 더 강한 결합 환경을 유도합니다. 또한,소스에서 구리의 추출의 범위와 광 석을 형성 하는 과정에서 반발 하는 구리의 분획에 영향을 미칩니다. 구리의 100%가 추출되고 침전되면,분별 화의 증거는 보존되지 않을 것이다. 그러나 화학적 전달이 불완전한 경우 다양한 상(1 차 광물,용액 및 2 차 광물)은 분별 정도에 따라 동위 원소 조성이 다를 수 있습니다.
하이포겐 열수광석과 관련된 칼코사이트의 구리는 마그마 열수액에서 추출되거나 고온에서 국가 암석에서 추출된다. 또한 광범위한 연구에 따르면 칼 코피 라이트 및 보르 나이트와 같은 하이포겐 열수 구리 광물은 상당한 분별 화를 나타내지 않습니다(>1). 마찬가지로,이러한 고온 유체에서 침전 된 칼 코 사이트는 상당한 구리 동위 원소 분별 화를 겪은 구리를 포함 할 것으로 예상되지 않습니다. 이 연구에는 몬타나 주 버트에서 하이포겐 칼코 사이트의 전형적인 예를 포함하여 3 개의 하이포겐 침전물(표 1)의 18 개의 칼코 사이트 샘플이 포함됩니다.
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하이포겐 칼코사이트와 달리,붉은 침대 및 칼코사이트의 층형 유형과 관련된 구리는 잔류 염수에 의해 저온에서 사암과 혈암의 침출에서 파생됩니다. 근원암석에는 데트리탈 마픽광물 내에 있는 큐 2+가 들어있거나,풍화작용과 이형성의 산물로 형성된 수산화철에 흡수된다. 산화 환원 이동은 풍화 된 원재료에서 구리의 초기 상태가 큐 2+이지만 구리가 큐 0 또는 유사한 수성 종으로 구리+상태에서 동원되기 때문에 이러한 형성 물에서의 구리 수송 중에 발생하는 것으로 생각됩니다. 따라서,퇴적 예금에 대 한 구리를 동원 하는 데 필요한 반응 동위 원소 분별 선호 63 초,소스 자료에서 구리 추출 불완전 한 가정 유도 것으로 예상 될 것 이라고 구리의 감소를 포함 한다. 용해 된 구리는 침전물 내에서 유기 물질 또는 기타 환원제를 만날 때까지 변하지 않고 남아 있으며,여기서 큐 1+는 황화물 또는 기존 황철광과의 반응에 의해 고정됩니다.
“퇴적”구리 침전물(총 161 개의 샘플)내에서 칼코사이트가 발생하는 6 개의 위치가 본 명세서에서 고려된다(표 1). 구리 동위 원소 분석에 존재하는 주요 단계로 칼코 사이트를보고 한 문헌 자료는 코츠 호수,구리 광산,미시간 및 우도 칸의 새로운 데이터와 함께 사용되었습니다. 데이터 쿠퍼 스퍼,미시간,및 코츠 호수 전망과 함께 퇴적 된 구리 퇴적물의 고전적인 예를 제공합니다. 이 예금의 각각의 데이터는 표 2 에 컴파일됩니다.
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초진 형 칼코 사이트 용 구리는 구리 황화물을 함유 한 암석 또는 광석의 산화 풍화에 의해 유도됩니다(예:칼코 피 라이트 쿠퍼스 2). 산화 된 구리는 물 테이블을 향해 아래로 운반되며,여기서 그것은 반발됩니다. 반암 구리 예금의 표면 근처 산화 영역은이 과정의 고전적인 예입니다. 일반적으로 일부는 침출 된 캡핑에 남아 있습니다. 이 불완전한 산화 반응은 풍화 프로파일을 통해 분별 구리를 초래합니다. 황철광과 다른 황화물의 신선한 금속 표면이 감소된 구리의 강수에 있는 존재하는 결과인 물 테이블에 구리의 감소 반응. 물 테이블에 증가 산도 및 황화물 미네랄에 침전을 통해 구리의 효과적인 제거로 인해,구리의 대부분은 산화 솔루션에서 복구 할 것으로 생각된다. 후기 코벨 라이트(쿠스)는 일반적으로 초 유전자 칼코 사이트를 동반하여 반응의 환원성을 더욱 보여줍니다. 물 테이블에서의 환원은 본질적으로 완료되기 때문에,초진 농축으로부터 칼코사이트에 보존된 분별 화는 산화 단계 풍화 작용으로 인한 것이며,따라서 65 밀리그램을 선호 할 것으로 기대된다. 융기 및 침식으로 인해 이전 슈퍼 유전자 농축 층의 지속적인 재 작업 분별 진화 얼마나 큰도 설명 하기 위해 모델링 되었습니다.
10 개 위치에서 총 182 개의 샘플이 고려됩니다(표 1). 칼코사이트를 분석 단계로 나열한 다음 출처의 모든 데이터가 포함되었습니다. 데이터 모렌시,레이,추 키카 마타,및 스펜스 고전적인 반암 구리 침전물에서 초 유전자 농축의 유형 예를 제공합니다.
3. 구리 동위 원소의 거동과 산화 환원 반응에 대한 예측 된 차이
많은 반응이 구리 동위 원소 값의 변화를 초래할 수 있지만,산화 환원 반응은 가장 실질적인 변화를 일으키는 것으로 문서화되었습니다. 실험 및 경험적 데이터는 산화 환원 반응 동안 구리 동위 원소 분별 화의 크기와 방향을 지원합니다.
산화 반응의 경우,초 유전자 농축 환경에서 황화 구리의 풍화가 가장 상세하게 연구되었다. 구리 황화물 광물로부터 산화되는 동안 구리를 침출하는 용액은 더 강한 결합 환경으로 인해 65 구리 동위 원소가 풍부 해집니다. 농축 정도(분별 인자)는 다양한 구리 황화물(칼 코피 라이트,칼 코 사이트,보르 나이트 및 에나 나이트)에 따라 다르지만,각각의 경우 반응은 항상 시작 광물보다 큰 용액에서 구리 구리(구리+2)를 생성합니다. 이 현상은 강,호수,지하수 및 해수와 같은 천연 수용액에서 추적되었습니다.
구리를 포함하는 환원 반응은 철저히 연구되지 않았다. 산화된 해결책에서 구리를 감소시키는 실험실 실험은 시작 해결책 보다는 더 낮은 가치가 있는 침전된 고체 귀착되었습니다. 아사엘 등에 의한 퇴적 구리 퇴적물에서 구리 동위 원소의 모델링. 솔루션을 전송 하는 동안 구리의 감소 라이터 구리 동위 원소를 선호 해야 하는 것으로 나타났다. 따라서,사용 가능한 데이터는 환원 반응이 가벼운 구리 동위 원소를 선호하고 환원 생성물이 출발 물질보다 낮은 값을 갖는다는 것을 나타낸다. 또한 산화 환원 반응 중 구리 거동의 현재 모델은 초 유전자 농축 구리 광물 화가보다 높은 구리 동위 원소 값과 관련이있을 것이라고 예측합니다 퇴적 구리 침전물.
4. 제시 구리 동위 원소 데이터에 대한 방법
칼코 사이트에서 총 68 개의 새로운 구리 동위 원소 측정이 제시됩니다. 칼코 사이트 샘플은 정맥 또는 전파에서 손으로 뽑았습니다. 엑스레이 회절 기술은 존재하는 무기물 종을 확인하기 위하여 이용되고 그 방법은 마투르 외에는에 의해 기술된다. (2005). 약 30-40 밀리그램의 분말 칼코사이트를 12 시간 동안 4 밀리리터의 가열된 왕수를 함유하는 15 밀리리터의 테프론 병에 용해시켰다. 완전한 해체가 시각적으로 확인되었습니다. 용액을 건조시키고 마투르 등에 의해 설명된 이온 교환 크로마토그래피를 사용하여 구리를 분리하였다. (2009).
동위 원소 측정은 아리조나 대학교와 펜실베이니아 주립대학교의 다중 수집기에서 수행되었다. 표준 샘플 표준 브라케팅에 의해 질량 바이어스를 보정 하였다. 계측 설정 및 실행 조건은 마투 등의 알에 의해 자세히 설명되어 있습니다. (2005). 제시된 분석에 대한 오류는 및 및 오류 계산은 마투르 등에 의해 설명된다. (2005). 내부 센트 표준은 분석 세션과 1838 센트(,)동안 두 위치에서 측정되었습니다.
5. 데이터 및 그 의미
그림 1 의 히스토그램은 세 가지 별개의 형성 환경에서 361 개의 칼코 사이트 샘플의 구리 동위 원소 값 분포를 비교합니다: 초진 농축(182 개 샘플),퇴적 구리 침전물(161 개 샘플)및 하이포겐 광석(18 개 샘플). 각 데이텀에는 0.1 의 순서에 오류가 있으며 데이터는 0.5 단위로 구간화됩니다. 여기에보고 된 모든 데이터는 표준 브라케팅에 의해 제어되는 질량 바이어스를 가진 976 표준과 비교되었습니다.
그만큼 평균값 과 1-시그마 변화 초진 농축 칼코 사이트 아르,퇴적 구리 칼코 사이트 아르(),및 하이포겐 칼코 사이트 이다(). 세 집단은 약하게 분별 된 범위에서 상당한 중복을 보여 주지만,퇴적 구리 측정의 64%는 미만이며,초 유전자 농축으로부터의 칼코 사이트의 65%는+1 보다 큰 값을 갖는다. 이 방식으로 묘사 된 데이터는 칼코 사이트의 구리 동위 원소 조성이 퇴적물 구리 퇴적물과 관련이있는 것보다 적은 값을 갖는 예금 유형과 관련이있을 수 있음을 나타내는 반면,수퍼 유전자 과정에서 형성 될 가능성이 가장 높은 값보다 큰 값을 나타냅니다. 두 유전자 별개,낮은 온도 예금 사이 구리 동위 원소 조성에서 추가 세부 변화 예금 특정 비교 그림 2,제시 하는 모든 데이터의 표준 편차에 의해 계산 된 1 개의 변이 함께 제시 됩니다. 이 예금 유형이 거의 중복이 위에 제안 된 범위 내에서 완전히 거짓말을하는 것이 중요하다. 범위 경계가 근사하고 제한 값 중 어느 것도 날카로운 분열을 정의하지 않는다는 사실에도 불구하고,이 접근법은 구리 동위 원소 조성을 기반으로 한 퇴적암 및 초 유전자 공정에서 칼코 사이트를 구별하기위한 통계적으로 유효한 수단을 제공합니다.
초진 농축 퇴적물과 관련된 변화는 다른 광물 화 환경보다 훨씬 크며 퇴적 구리 퇴적물의 거의 두 배입니다. 즉,활성 초 유전자 농축 담요는 산화 과정에서 65 밀리그램을 계속 유지하고 있으며,농축 담요의 상단에는 더 깊은 수준에서 발견되는 것보다 낮은 구리 동위 원소 값을 가진 칼코사이트가 포함되어 있습니다.
고온 하이포겐 칼코사이트의 범위가 벽 등에 의해 컴파일 된 바와 같이 고온 하이포겐 광물 화에서 다른 구리가 풍부한 황화물 광물(보르 나이트,칼 코피 라이트)에 기록되어 있다는 점에서 직접 범위와 겹치는 것은 흥미 롭습니다. (2011)및 손더스 등. (2015). 고온 하이포겐 칼코사이트와 보르 나이트의 동위 원소 조성과 고온 하이포겐 칼코사이트의 중첩은 상승 된 온도에서 구리 동위 원소 변화로 이어지는 공정이 결과 구리 광물 조립에 관계없이 광범위하게 유사하다는 것을 암시합니다. 여러 연구 구리 동위 원소 값의 범위 산도 또는 어 또는 열 수 솔루션 냉각으로 액체와 증기 단계 사이 구리 분할 변경 관련 될 수 있습니다 것이 좋습니다. 고온 이벤트를 중복 인쇄하면 잠재적으로 더 큰 분별 정도가 발생할 수 있습니다; 그러나 여기 샘플 중 어느 것도 이것을 제안 할 암서 학적 증거가 없습니다. 이러한 작지만 측정 가능한 구리 동위 원소 유사 이어질 다른 메커니즘의 역할을 해결 하 고 그들은 마 투르 등 알에 의해 제안 된 보증금에 걸쳐 체계적으로 변화 여부를 결정 하는 추가 실험 작업 필요 합니다. (2012)및 리 외. .
6. 구리의 수송과 낮은 온도 용액에서의 칼코사이트의 침전
고려되는 열수 시스템은 전형적인 퇴적 구리 및 초진 농축 공정과 관련된 염수,이질성 및 유성 유체의 혼합물에서<에서 금속 이동을 포함한다. 반응 속도 론 및 관찰 된 미네랄 어셈블리의 평형의 지구 화학 모델링 크게 어떻게 그리고 왜 금속 이러한 환경에서 이동에 대 한 우리의 이해를 향상. 일반적으로,이러한 연구 구리 전송 및 복잡 하 고 산도,어,염 분,온도,솔루션의 대량 화학 및 침전을 시작 하는 기판의 대량 화학 등 많은 상호 변수에 의해 영향을 이러한 시스템에서 강 수의 컨트롤을 식별 합니다. 이 광석 및 숙주 암석의 동위 원소 연구와 결합하여 반응 원과 경로를 식별 할 수 있습니다.
초진 농축 및 퇴적 구리 침전물로부터의 칼코사이트의 구리는 두 가지 다른 산화 환원 반응에 의해 동원되고 운반된다는 가설을 세웠다. 초진 농축을 위해 구리는 융기 및 침식 동안 유성 유체에 노출되는 기존의 구리 광물로부터 산화됩니다. 이 유체는 구리 황화물을 동반 한 황철석의 산화로 인해 강하게 산성입니다. 산은 큐 2+의 준비 수송을 허용합니다. 조사된 모든 침전물이 아직 개발 중이므로,반응은 완료되지 않았고,일부 침전물은 침출된 구역에 남아 있다. 따라서,구리의 소스는 잘 이해된다.
대조적으로,퇴적된 구리 퇴적물의 구리 공급원은 많은 논쟁이 있다. 그러나,이 금속의 가능성이 소스는 사암 내의 철 산화물에 흡착 큐 2+것을 동의한다. 다음 두 가지 반응(데이비스,1978)은 구리가 산화철 표면의 흡착 부위((1)참조)와 흡착 부위로부터 어떻게 운반되는지((2)참조)에 대해 설명합니다:구리 동위 원소의 관련 분별 화와 관련하여 산화철 또는 기타 미네랄의 표면은 어디에 있는지,구리는 두 개의 다른 산화 환원 상태로 운반된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 거의 중성 용액에서 큐 2+는 용해성이며 수송은 큐 0 또는 관련 복합 이온. 많은 다른 구리 분자가 탄산염,황산염 및 유기 리간드와 관련하여 형성 될 가능성이 있지만,두 가지 산화 환원 반응의 동위 원소 비례 잠재력과 구리 동위 원소의 측정 된 변화를 제어하는 부분 추출 가능성입니다. 그림 1 과 2 에 도시 된 바와 같이,초 겐 농축 칼코 사이트는 더 무거운 구리 동위 원소 값을 유지하며,이는 대부분 초 겐에서 산화 된 구리의 수송 및 농도를 나타냅니다. 반면,퇴적 구리에 구리의 수송을 주도 감소 반응 결과 상당히 낮은 구리 동위 원소 값 칼 코 사이트.
여기에 제시된 데이터는 구리 수송과 관련된 산화 환원 반응이 저온 시스템에서 구리가 분별 화되는 주요 수단임을 나타냅니다. 증 착 사이트에서 강 수 프로세스 분별 화를 통해 동위 원소 분화의 정도에 무시할 수 있는 기여를가지고 나타납니다. 초진 농축 구리 침전물의 경우,산화 된 물이 물 테이블 및 하이포겐 황화물 광물과 상호 작용할 때 물 코사이트가 형성되는 동안 산화 된 구리 분자가 감소됩니다. 이 환원 공정은 용액에서 구리를 제거하는 데 매우 효과적이며,용해 된 구리 결과의 본질적으로 완전한 침전은이 공정에서 산화 환원 분별 기록을 지 웁니다. 에 퇴적 구리 침전물,통해 운반되는 구리 쿠클 복합체(예:및 변경되지 않습니다 산화 환원 상태 강수량에 따라. 따라서,침전 중 전자 전달에 의한 분별 화는 퇴적 구리 칼 코사이트에서 발생하는 것으로 생각되지 않는다.
7. 결론
칼 코 사이트 생산 되는 시스템의 화학적 복잡성에도 불구 하 고,칼 코 사이트의 구리 동위 원소 값 칼 코 사이트의 세 가지 주요 소스 차별화 될 수 있는 수단을 제공:(1)값 보다 적은 대부분 퇴적 구리 예금;와 관련 된(2)값 보다 큰 가능성이 가장 높은 슈퍼 유전자 농축;와 관련 된 및(3)0 의 밀접 하 게 클러스터 된 인구.0 은 하이포겐 광석과 가장 일치합니다. 칼 코 사이트 값에서 이러한 뚜렷한 변화는 낮은 온도에서 산화 환원 반응 및 높은 온도에서 평형 유형 반응에 의해 주로 제어 됩니다. 따라서 칼코 사이트의 구리 동위 원소 값은 칼코 사이트의 기원에 대한 통찰력을 제공 할 수 있으며 개선 된 광물 화 모델을 개발하는 데 사용할 수 있습니다.
이해 상충
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
감사
저자는 제이 루이즈와 엠에게 감사하고 싶습니다. 해왕성의 사용에 대한 펜실베니아 주립 대학에서 이소 프로브와 엠 곤잘레스에 액세스 및 계측 설정에 대한 애리조나 대학에서 베이커.