Using a newly-calibrated relation for cerium redox equilibria in silicate melts (Smythe and Brenan, 2015), and an internally-consistent model for zircon-melt partitioning of Ce, we provide a method to estimate the prevailing redox conditions during crystallization of zircon-saturated magmas. With this approach, oxygen fugacities were calculated for samples from the Bishop tuff (USA), Toba tuff (Indonesia) and the Nain plutonic suite (Canada), which typically agree with independent estimates within one log unit or better. With the success of reproducing the fO2 of well-constrained igneous systems, we have applied our Ce-in-zircon oxygen barometer to estimating the redox state of Earth's earliest magmas. Using the composition of the Jack Hills Hadean zircons, combined with estimates of their parental magma composition, we determined the fO2 during zircon crystallization to be between FMQ −1.0 to +2.5 (where FMQ is the fayalite–magnetite–quartz buffer). Of the parental magmas considered, Archean tonalite–trondhjemite–granodiorite (TTG) compositions yield zircon-melt partitioning most similar to well-constrained modern suites (e.g., Sano et al., 2002). Although broadly consistent with previous redox estimates from the Jack Hills zircons, our results provide a more precise determination of fO2, narrowing the range for Hadean parental magmas by more than 8 orders of magnitude. Results suggest that relatively oxidized magmatic source regions, similar in oxidation state to that of 3.5 Ga komatiite suites, existed by ∼4.4 Ga.

As part of a project to investigate the volatilities of so-called “moderately volatile elements” such as Zn, In, Tl, Ga, Ag, Sb, Pb, and Cl during planetary formation, we began by re-calculating the condensation temperatures of these elements from a solar gas at 10-4 bar. Our calculations highlighted three areas where currently available estimates of condensation temperature could be improved. One of these is the nature of mixing behavior of many important trace elements when dissolved in major condensates such as silicates, Fe-rich metals, and sulfides. Nonideal solution of the trace elements can alter (generally lower) condensation temperatures by up to 500 K. Second, recent measurements of the halogen contents of CI chondrites (Clay et al. 2017) indicate that the solar system abundance of chlorine is significantly overestimated, and this affects the stabilities of gaseous complexes of many elements of interest. Finally, we have attempted to improve on previous estimates of the free energies of chlorine-bearing solids since the temperature of chlorine condensation has an important control on the condensation temperatures of many trace elements. Our result for the 50% condensation temperature of chlorine, 472 K is nearly 500 K lower than the result of Lodders (2003), and this means that the HCl content of the solar gas at temperatures <900 K is higher than previously estimated.