1. Experimental exploration of volcanic rocks-atmosphere interaction under Venus surface conditions
- Author
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Annick Cathala, Sébastien Fabre, Thierry Aigouy, Patrick Pinet, Gilles Berger, Alain Pages, Jerôme Esvan, Anastassia Y. Borisova, Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Lomonosov Moscow State University (MSU), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Centre-Est (Cerema Direction Centre-Est), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie (LMTG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEDRAT TECHNOLOGIES (CTEC), Cedrat Technologies, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire d'Ecologie Marine (ECOMAR), Université de La Réunion (UR), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Centre National d'Études Spatiales - CNES (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut de Recherche pour le Développement - IRD (FRANCE), Lomonosov Moscow State University - MSU (RUSSIA), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), and Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
- Subjects
Materials science ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,[PHYS.ASTR.EP]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,Matériaux ,[SDU.ASTR.EP]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,Mineralogy ,Venus ,engineering.material ,01 natural sciences ,Magnesioferrite ,Experimental ,chemistry.chemical_compound ,[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry ,Pumice ,0103 physical sciences ,Gas transfer ,Venus surface ,010303 astronomy & astrophysics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,Basalt ,geography ,Olivine ,geography.geographical_feature_category ,biology ,Astronomy and Astrophysics ,biology.organism_classification ,Silicate ,Volcanic rock ,chemistry ,13. Climate action ,Space and Planetary Science ,engineering ,Celadonite ,Alteration - Abstract
International audience; This study presents an inventory of possible chemical reactions affecting, or having affected, the Venus surface. Fluid rock reactions are simulated using experiments under conditions close to the present surface. Slabs or powder of several natural and synthetic silicate material (crystalline fresh basalt, altered basalt, obsidian, pumice and basalt glass) were reacted at 475°C in CO 2-H 2 O-H 2 S-SO 2-CO gas mixture. Most of the runs were carried out at roughly 90 bars with a duration of one week, some experiments having longer (one month) or shorter (one day) durations. The role of H 2 O content was explored through a wide range of water pressure: from dry gas for the current Venus conditions up to 590 bars (86%H 2 O) for early Venus (or other early terrestrial planets). The gas phase was sampled before the completion of the runs for chemical analysis of major gas components (CO, H 2 S, SO 2) as well as trace elements possibly released by the rocks. The altered samples were examined by a suite of mineralogical and chemical techniques (scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffraction and spectroscopy). In dry atmosphere, the redox potential of the gas was close to the Ni/NiO buffer (−21.3 to −27.3 log fO 2), thus close to the current Venus conditions. The sample alteration is tenuous and limited to surface oxidation of glasses and coating of olivine by iron oxides, as well as the general deposition of (Ca,Na)SO 4 at the sample surface. The oxidation of glass is reflected in the formation of magnesioferrite under the surface and is accompanied by the release of Ca, Mg and Na into the gas phase or mineralized as sulfate at the surface. In wet atmosphere, obsidian recrystallizes into a mixture of plagioclase and amphibole while basaltic glass produced non-expandable clays minerals: chlorite-type (2:1:1) at the surface and likely celadonite (2:1) below the surface. Olivine is preserved. Using obsidian (the most alterable material) as a proxy of aluminosilicates, we discuss the surface reactions operating under supercritical conditions, and we used a shrinking-core equation for modeling the long-term reactions. These parametric exploration offer new insights into processes having affected the surface of Venus and contribute to the discussion of open questions such as the fate of water or the lifetime of vitreous dust or fine grain material if present in the current or past Venusian environment. Longer duration experiments will provide more kinetic parameters that can be extrapolated to the geologic history of Venus.
- Published
- 2019