Halogens show a range from moderate (F) to highly (Cl, Br, I) volatile and incompatible behavior, which makes them excellent tracers for volatile transport processes in the Earth’s mantle. Experimentally determined fluorine and chlorine partitioning data between mantle minerals and silicate melt enable us to estimate Mid Ocean Ridge Basalt (MORB) and Ocean Island Basalt (OIB) source region concentrations for these elements. This study investigates the effect of varying small amounts of water on the fluorine and chlorine partitioning behavior at 1280 °C and 0.3 GPa between olivine and silicate melt in the Fe-free CMAS+F–Cl–Br–I–H2O model system. Results show that, within the uncertainty of the analyses, water has no effect on the chlorine partitioning behavior for bulk water contents ranging from 0.03 (2) wt% H2O (DClol/melt = 1.6 ± 0.9 × 10−4) to 0.33 (6) wt% H2O (DClol/melt = 2.2 ± 1.1 × 10−4). Consequently, with the effect of pressure being negligible in the uppermost mantle (Joachim et al. Chem Geol 416:65–78, 2015), temperature is the only parameter that needs to be considered for the determination of chlorine partition coefficients between olivine and melt at least in the simplified iron-free CMAS+F–Cl–Br–I–H2O system. In contrast, the fluorine partition coefficient increases linearly in this range and may be described at 1280 °C and 0.3 GPa with (R2 = 0.99): $$D_{F}^{\text{ol/melt}}\ =\ 3.6\pm 0.4\ \times \ {{10}^{-3}}\ \times \ {{X}_{{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}}}\left( \text{wt }\!\!\%\!\!\text{ } \right)\ +\ 6\ \pm \ 0.4\times \,{{10}^{-4}}$$DFol/melt=3.6±0.4×10-3×XH2Owt%+6±0.4×10-4. The observed fluorine partitioning behavior supports the theory suggested by Crépisson et al. (Earth Planet Sci Lett 390:287–295, 2014) that fluorine and water are incorporated as clumped OH/F defects in the olivine structure. Results of this study further suggest that fluorine concentration estimates in OIB source regions are at least 10% lower than previously expected (Joachim et al. Chem Geol 416:65–78, 2015), implying that consideration of the effect of water on the fluorine partitioning behavior between Earth’s mantle minerals and silicate melt is vital for a correct estimation of fluorine abundances in OIB source regions. Estimates for MORB source fluorine concentrations as well as chlorine abundances in both mantle source regions are within uncertainty not affected by the presence of water.

中文翻译：

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水对橄榄石和硅酸盐熔体间氟氯分配行为的影响

卤素显示出从中等 (F) 到高度 (Cl, Br, I) 的挥发性和不相容行为，这使它们成为地幔中挥发性传输过程的极好示踪剂。地幔矿物和硅酸盐熔体之间通过实验确定的氟和氯分配数据使我们能够估计这些元素的中洋脊玄武岩 (MORB) 和大洋岛玄武岩 (OIB) 源区浓度。本研究研究了在 1280 °C 和 0.3 GPa 条件下，在无铁 CMAS+F–Cl–Br–I–H2O 模型系统中橄榄石和硅酸盐熔体之间不同少量水对氟和氯分配行为的影响。结果表明，在分析的不确定性范围内，对于 0.03 (2) wt% H2O（DCol/melt = 1.6 ± 0. 9 × 10−4) 至 0.33 (6) wt% H2O（DCol/熔体 = 2.2 ± 1.1 × 10−4）。因此，由于压力对最上地幔的影响可以忽略不计（Joachim 等人，Chem Geol 416:65–78, 2015），温度是确定橄榄石和熔体之间的氯分配系数时需要考虑的唯一参数至少在简化的无铁 CMAS+F–Cl–Br–I–H2O 系统中。相比之下，氟分配系数在此范围内线性增加，可以在 1280 °C 和 0.3 GPa 下描述为 (R2 = 0.99)：$$D_{F}^{\text{ol/melt}}\ =\ 3.6 \pm 0.4\ \times \ {{10}^{-3}}\ \times \ {{X}_{{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}} }\left( \text{wt }\!\!\%\!\!\text{ } \right)\ +\ 6\ \pm \ 0.4\times \,{{10}^{-4}}$ $DFol/melt=3.6±0.4×10-3×XH2Owt%+6±0.4×10-4。观察到的氟分配行为支持 Crépisson 等人提出的理论。（Earth Planet Sci Lett 390:287–295, 2014）氟和水作为聚集的 OH/F 缺陷结合在橄榄石结构中。这项研究的结果进一步表明，OIB 源区的氟浓度估计值至少比之前预期的低 10%（Joachim 等人 Chem Geol 416:65–78, 2015），这意味着考虑水对氟的影响地幔矿物和硅酸盐熔体之间的分配行为对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。2014）氟和水作为橄榄石结构中的聚集 OH/F 缺陷结合在一起。这项研究的结果进一步表明，OIB 源区的氟浓度估计值至少比之前预期的低 10%（Joachim 等人 Chem Geol 416:65–78, 2015），这意味着考虑水对氟的影响地幔矿物和硅酸盐熔体之间的分配行为对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。2014）氟和水作为橄榄石结构中的聚集 OH/F 缺陷结合在一起。这项研究的结果进一步表明，OIB 源区的氟浓度估计值至少比之前预期的低 10%（Joachim 等人 Chem Geol 416:65–78, 2015），这意味着考虑水对氟的影响地幔矿物和硅酸盐熔体之间的分配行为对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。这项研究的结果进一步表明，OIB 源区的氟浓度估计值至少比之前预期的低 10%（Joachim 等人 Chem Geol 416:65–78, 2015），这意味着考虑水对氟的影响地幔矿物和硅酸盐熔体之间的分配行为对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。这项研究的结果进一步表明，OIB 源区的氟浓度估计值至少比之前预期的低 10%（Joachim 等人 Chem Geol 416:65–78, 2015），这意味着考虑水对氟的影响地幔矿物和硅酸盐熔体之间的分配行为对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。这意味着考虑水对地幔矿物和硅酸盐熔体之间氟分配行为的影响对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。这意味着考虑水对地幔矿物和硅酸盐熔体之间氟分配行为的影响对于正确估计 OIB 源区中的氟丰度至关重要。两个地幔源区的 MORB 源氟浓度和氯丰度的估计都在不确定范围内，不受水的影响。