Abstract In mid-ocean ridge hydrothermal systems the fluid redox state is controlled by oxidation of ferrous iron in the host rock and generation of aqueous hydrogen, H2(aq). A quantitative interpretation of redox state requires conversion of H2(aq) concentrations to H2 fugacity, f H2. Here we present the results of hydrothermal experiments that calibrate the f H2-concentration relationship in saline hydrothermal fluids, YH2-Cl. H2(aq) concentrations were measured between 400 and 500 °C, 210 and 510 bar, in both single-phase fluids and low-density vapors in the KCl-H2O system. The assemblage hematite-magnetite was used to buffer f H2. Values of YH2-Cl are well above unity and decrease as temperature increases. Along isotherms YH2-Cl decreases as the fluid density decreases. At 400 °C, 330 bar and 1000 mmol/kg KCl YH2-Cl is 316 bar/molal and decreases to 4 bar/molal at 500 °C, 400 bar and 33 mmol/kg KCl. In combination with previous determination of H2S(aq) solubility at hydrothermal conditions, the data presented here permit calculation of the redox conditions of natural vent systems. Redox conditions calculated for the basalt-hosted Piccard hydrothermal field suggest amphibolite facies mineral assemblages are present at depth, consistent with the extremely hot temperatures (>500 °C) inferred from analysis of other aspects of vent fluid chemistry (e.g., Cl and SiO2). Piccard may be the first location of active venting that records, through its composition, evidence for an alteration assemblage that had been previously observed only in fossilized submarine hydrothermal systems.

中文翻译：

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热液中 H2(aq) 溶解度的实验测量：应用于中开曼海隆皮卡德热液场

摘要 在大洋中脊热液系统中，流体氧化还原状态受主岩中亚铁氧化和含水氢 H2(aq) 的控制。氧化还原状态的定量解释需要将 H2(aq) 浓度转换为 H2 逸度，f H2。在这里，我们展示了校准盐水热液 YH2-Cl 中 f H2 浓度关系的热液实验结果。在 KCl-H2O 系统的单相流体和低密度蒸汽中，H2(aq) 浓度在 400 到 500 °C、210 和 510 bar 之间进行测量。组合赤铁矿-磁铁矿用于缓冲f H2。YH2-Cl 的值远高于 1 并随着温度升高而降低。随着流体密度的降低，YH2-Cl 沿着等温线降低。在 400 °C 时，330 bar 和 1000 mmol/kg KCl YH2-Cl 为 316 bar/molal，在 500 °C、400 bar 和 33 mmol/kg KCl 时降至 4 bar/molal。结合先前在热液条件下对 H2S(aq) 溶解度的测定，此处提供的数据允许计算天然通风系统的氧化还原条件。为玄武岩承载的皮卡德热液场计算的氧化还原条件表明角闪岩相矿物组合存在于深处，与从排放流体化学（例如，Cl 和 SiO2）的其他方面的分析推断出的极热温度（> 500 °C）一致. 皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。400 bar 和 33 mmol/kg KCl。结合先前在热液条件下对 H2S(aq) 溶解度的测定，此处提供的数据允许计算天然通风系统的氧化还原条件。为玄武岩承载的皮卡德热液场计算的氧化还原条件表明角闪岩相矿物组合存在于深处，与从排放流体化学（例如，Cl 和 SiO2）的其他方面的分析推断出的极热温度（> 500 °C）一致. 皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。400 bar 和 33 mmol/kg KCl。结合先前在热液条件下对 H2S(aq) 溶解度的测定，此处提供的数据允许计算天然通风系统的氧化还原条件。为玄武岩承载的皮卡德热液场计算的氧化还原条件表明角闪岩相矿物组合存在于深处，与从排放流体化学（例如，Cl 和 SiO2）的其他方面的分析推断出的极热温度（> 500 °C）一致. 皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。此处提供的数据允许计算自然通风系统的氧化还原条件。为玄武岩承载的皮卡德热液场计算的氧化还原条件表明角闪岩相矿物组合存在于深处，与从排放流体化学（例如，Cl 和 SiO2）的其他方面的分析推断出的极热温度（> 500 °C）一致. 皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。此处提供的数据允许计算自然通风系统的氧化还原条件。为玄武岩承载的皮卡德热液场计算的氧化还原条件表明角闪岩相矿物组合存在于深处，与从排放流体化学（例如，Cl 和 SiO2）的其他方面的分析推断出的极热温度（> 500 °C）一致. 皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。500 °C) 从排放流体化学的其他方面（例如，Cl 和 SiO2）的分析推断。皮卡德可能是第一个通过其成分记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动通风位置。500 °C) 从排放流体化学的其他方面（例如，Cl 和 SiO2）的分析推断。皮卡德可能是第一个通过其组成记录了以前仅在化石海底热液系统中观察到的蚀变组合的证据的主动喷口位置。