지구/화성의 초기 역사에서의 거대한 철 질량 전달 :원시 지구/화성 해양의 핵심 플레이어로서 철 철분 붕산 수성 복합체?

철은 지각에서 네 번째로 풍부한 요소입니다. 우리 지구의 초기 역사에는 원시 바다에서 철의 대규모 운동이 있었기 때문에 지질학에서 밴드 철 형성 (BIF)이라는 인상적인 철분 퇴적물이 형성되었습니다. 우리의 현재 문명은 주로 이러한 철분 퇴적물의 활용에 기반을두고 있습니다. 초기 지구 대기에서 산소의 부분 압력, p _o2 , 10 atm보다 낮았습니다. 이러한 환원 조건 하에서, 용해 된 철은 원시 바다에서 철으로 존재했다.

그러나 연구원들은 원시 바다에서 철의 대규모 운송에 중요한 역할을하는 것에 오랫동안 흥미를 느꼈습니다. 그럴듯한 대답은 2 월 (OH) 4 수성 철 철 복합체 일 수 있습니다. , 지구의 초기 역사에서 철의 대규모 운송에 중요한 역할을했을 수도 있습니다.

Sandia National Laboratories (Xiong et al., 2018)의 연구원들이 수행 한 최근 연구에서 저자들은 Feb (OH) 4 의 철제 철, FE가 붕소와 비교적 강한 복잡한 것을 형성한다는 것을 발견했습니다. . 형성 상수 (log ₁₀ ß ₁ ) 2 월 (OH) 4 다음 반응에서 표현 된 바와 같이, 이전에 알려지지 않은

fe + b (OH) 4 - 2 월 (OH) 4

25C에서 3.70 ± 0.10 (2σ)로 결정됩니다. 더 높은 온도에서,이 수성 복합체의 강도는 더 강해질 것으로 예상되는데, 이는 형성 상수가 더 높아 지므로, 더 많은 Fe (ii)는 Feb (OH) 4 로 복잡해질 것임을 의미한다. .

중립에 가까운 원시 바다의 pH 조건 하에서, 2 월 (OH) 4 원시 지구 표면에서 철의 수송에 중요했을 수 있습니다. 붕산염은 원시 바다에 상당한 농도로 증발성 붕산염 전구체를 형성 할 것으로 예상되기 때문에 (예 :Grew et al., 2011).

도 1은 거의 중립에서 약간 알칼리성 pH에서 25C에서 pH의 함수로서 Fe (II)의 종 분화를 도시한다. 그림 1은 2 월 (OH) 4 을 보여줍니다 Fe 외에 지배적 인 종입니다. FECL, FEOH, FEHCO ₃ 와 같은 다른 종 및 feco ₃ (aq) 2 월 (OH) 4 와 경쟁 할 수 없습니다 . 위의 계산은 25C에서 수행됩니다. 지구의 초기 역사에 대한 표면 온도가 70 ± 15c (Knauth and Lowe, 2003)로 추정되었고, 원시 바다의 붕산염 농도가 더 높아질 수 있기 때문에 Feb (OH) 4 . 원시 바다에서 약간 알칼리성 pH에서 훨씬 더 강해 졌을 것으로 예상됩니다.

2 월 (OH) 4 의 강력한 의존성 PH는 또한 지구의 초기 역사에서 철분 증착을위한 실행 가능한 메커니즘을 제공합니다. 철은 약간 알칼리성 pH 로이 지역 밖으로 운반되었을 가능성이 높습니다. 철분이 거의 중립적 인 pH 로이 지역에 도달했을 때, 철은 2 월 (OH) 4 로 운반되었습니다. 2 월 (OH) 4 때문에 기탁되었다 거의 중립적 인 pH에서 약한 종이되어 철상에 대한 과포화를 초래합니다.

최근 화성에 고농도의 붕산염이 포함 된 증발 형성이 있다고보고되었다 (Gasda et al., 2017). 우리는 2 월 (OH) 4 을 추론 할 수 있습니다 화성의 초기 역사에서 대규모 철 질량 전달에서 비슷한 역할을했을 수 있습니다.

핵 폐기물 관리 분야에서, 2 월 (OH) 4 또한 역할을 수행 할 것으로 예상됩니다. 우선, 붕산염은 ND (III) (Borkowski et al., 2010), AM (III)과 같은 +III 산화 상태에서 액티 나이드에 대한 유사체와 수성 복합체를 형성 할 수있다. 붕산염이 지질 저장소에서 AM (III)과 수성 복합체를 형성하는 경우, 붕산염과의 복합체는 AM (III)의 이동성에 기여할 것이다. 붕산염과의 AM (III)의 복잡성은 또한 AM (III)의 용해도를 증가시킬 것입니다.

핵 폐기물 처리를위한 지질 리포지토리에서 철 폐기물 및 폐기물로서 저장소에는 철분이 있으며, 지질 학적 형성으로부터의 붕산염 농도는 고위성 핵 폐기물 (HLW)을위한 붕소 폐기물 형태의 분해가 중요 할 수있다. 따라서, 2 월 (OH) 4 의 형성 AM (III)과의 복합화에 이용 가능한 가용성 붕산염의 양을 줄일 수 있습니다. 그러나 붕산염의 존재는 또한 철 기반 용기의 부식을 향상시킬 수 있습니다.

승인

Sandia National Laboratories는 계약 DE-NA-0003525에 따른 미국 에너지 국의 핵 안보국을 위해 Honeywell International, Inc.의 전액 출자 자회사 인 Sandia, LLC.의 National Technology and Engineering Solutions, LLC. Sand2019-2424 W.

참조

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3. Grew, E.S., Bada, J.L. 및 Hazen, R.M., 2011. RNA 세계의 붕산염 광물과 기원. 생명의 기원과 생물구의 진화, 41 (4), pp.307-316.
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