L’état de valence de l’ytterbium comme sonde à oxygène dans le système solaire primitif

Nous avons déterminé l'état de valence de l'ytterbium (Yb) dans une collection de météorites couvrant 4 à 5 ordres de grandeur en fugacité de l'oxygène (fO2) par spectroscopie d'absorption des rayons X (XANES) au seuil L2 de l'Yb au synchrotron APS. Dans les minéraux étudiés, l'abondance de Yb était comprise entre 1 et 30 µg/g. Les données ont été obtenues sur des grains de phosphates provenant de deux chondrites ordinaires, sur des grains d'oldhamite (sulfure de Ca, formule théorique CaS) provenant de 7 chondrites à enstatite, sur des grains de phosphates d'une pallasite et d'une eucrite, et dans une phase phosphorée d'une achondrite primitive. Les spectres XANES de l’Yb obtenus ont été comparés à ceux mesurés dans des apatites terrestres (contenant 17 à 79 µg/g d’Yb) et dans des matériaux synthétiques (Yb métallique, YbS, Yb2S3, Yb2O3). Dans les apatites terrestres, ainsi que dans les chondrites ordinaires, dans l'eucrite, dans la pallasite et dans l'achondrite primitive, l'Yb est présent sous forme d'Yb3+ uniquement. Dans les chondrites à enstatite, environ la moitié de l'Yb présent dans les CaS est sous forme d'Yb2+ et la fraction d'Yb2+ est peut-être légèrement plus élevée dans l'EH que dans l'EL. L'état redox de l'Yb pourrait donc être utilisé pour construire une échelle redox pour les objets les plus réduits du système solaire, comme le montre la légère différence entre EH et EL. Cependant, l'absence d'une forte différence dans l'état redox de l'Yb entre les chondrites EH et EL suggère que la différence d’abondances de l'Yb dans les oldhamites précédemment observée entre EH et EL n'est pas due à la fugacité de l'oxygène ayant prévalu sur le corps parent mais plutôt à un fractionnement lié à la volatilité et donc à des processus d’évaporation / condensation très précoces dans l’histoire de ces chondrites.

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Légende de la figure :
Spectre d’absorption des rayons X au seuil L2 de l’ytterbium (Yb) dans des grains de sulfure de calcium de chondrites à enstatite. La présence des deux états de valences de Yb est attestée par les deux montées successives, indiquées par les flèches. (Données obtenues sur la ligne 13-ID-E, GSECARS, Université de Chicago et synchrotron APS.)

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Titre de la publication : Mapping the redox state of the young Solar System using ytterbium valence state
Publié le 1er mai 2024 dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta. L (open acess). 

Auteurs : Tahar HAMMOUDA¹, Paul FROSSARD^1,2, Maud BOYET¹, Audrey BOUVIER³, Matthew NEWVILLE⁴, Antonio LANZIROTTI⁴

¹ Laboratoire Magmas et Volcans, Université Clermont Auvergne, 63000 Clermont‑Ferrand, France

² Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, Zürich, Switzerland.

³ Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, 95447 Bayreuth, Germany

⁴ GeoSoilEnvironmentCARS, Advanced Photon Source and the University of Chicago