Diamond precipitation from ascending reduced fluids in the Kaapvaal lithosphere: Thermodynamic constraints

Previous research has shown that the Kaapvaal lithospheric mantle is generally reduced and characterised by a decreasing redox state with increasing depth. As a consequence, C-O-H fluids in the Kaapvaal lithospheric mantle are dominated by H2O, CH4, and C2H6. Thermodynamic calculations demonstrate that diamond precipitation from such a fluid during ascend is possible as it is exposed to a more oxidised environment and both CH4 and C2H6 are oxidised. However, the calculations also demonstrate that the diamond precipitation potential from such a fluid decreases when: (1) the mantle is either more reduced or oxidised compared to the Kaapvaal mantle, or (2) the change in temperature with pressure is smaller compared to that of the Kaapvaal mantle. Therefore, the presence of reduced mantle fluid species and a generally decreasing oxygen fugacity with increasing depth do not necessarily warrant diamond precipitation from a rising reduced fluid.

RésuméDes travaux précédents ont montré que le manteau lithosphérique du Kaapvaal est généralement réduit, caractérisé par un état redox décroissant à profondeur croissante. En conséquence, les fluides C-O-H dans le manteau lithosphérique du Kaapvaal sont dominés par H2O, CH4, et C2H6. Des calculs thermodynamiques montrent que le potentiel de précipitation de diamant à partir d’un tel fluide lors de son ascension est possible, lorsqu’il est exposé à un environnement plus oxydant et que CH4 et C2H6 sont tous deux oxydés. Toutefois, ces calculs démontrent également que la capacité de dépôt de diamant à partir d’un tel fluide diminue lorsque : (1) le manteau est, soit plus oxydé, soit plus réduit que le manteau du Kaapvaal et (2) la variation de température en fonction de la pression est plus faible que celle du manteau du Kaapvaal. En conséquence, la présence d’une espèce réduite dans le fluide mantélique et une fugacité d’oxygène généralement décroissante avec la pression n’impliquent pas nécessairement le dépôt de diamant lors de l’ascension d’un fluide réduit.