Simulation der Planeteninnendifferenzierungsprozesse im Labor

Summary

Die hier beschriebenen Hochdruck-und Hochtemperatur-Experimenten imitieren Planeten Innendifferenzierungsprozesse. Die Prozesse werden durch hochauflösende 3D-Bildgebung und quantitative chemische Analyse visualisiert und besser verstanden werden.

Abstract

Ein Planeteninnen unter Hochdruck-und Hochtemperaturbedingungen und eine Schichtstruktur hat. Es gibt zwei wichtige Prozesse, die zu dieser Schichtstruktur geführt, (1) Versickerung von flüssigem Metall in einem festen Silikatmatrix von Planeten Differenzierung, und (2) Innenkern Kristallisation durch nachfolgende Planeten Kühlung. Wir führen Hochdruck-und Hochtemperatur-Experimenten, um beide Verfahren im Labor zu simulieren. Bildung perkolativen Planeten Kern hängt von der Effizienz der Schmelze Perkolation, die durch die V-Stellung (Benetzungswinkel) gesteuert wird. Die Perkolation Simulation umfasst Erwärmen der Probe bei hohem Druck auf eine Zieltemperatur, bei der Eisen-Schwefel-Legierung geschmolzen wird, während das Silikat fest bleibt, und dann der Bestimmung der wahren Raumwinkel, den Stil der Flüssigkeitswanderung in einer kristallinen Matrix von 3D-Visualisierung zu bewerten. Das 3D-Volumen-Rendering wird durch Schneiden des wiedergewonnenen Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) und ta erreichtKönig REM-Aufnahme von jeder Scheibe mit einem FIB / SEM Querbalken Instrument. Die zweite Reihe von Experimenten wurde entwickelt, um den inneren Kern Kristallisation und Elementverteilung zwischen der flüssigen äußeren Kern und festen inneren Kern durch die Bestimmung der Schmelztemperatur und Teilungselement unter hohem Druck zu verstehen. Die Versuchsschmelzen sind in der Mehrambossvorrichtung bis zu 27 GPa durchgeführt wird und der höhere Druck in der Diamant-Amboss-Zelle mit Lasererhitzung verlängert. Wir haben Techniken, um kleine erhitzten Proben durch Präzisionsfräsen FIB erholen und erhalten Bilder mit hoher Auflösung des Laser-Spot, der beheizte Schmelz Textur zeigen bei hohem Druck entwickelt. Durch Analysieren der chemischen Zusammensetzungen der koexistierenden flüssigen und festen Phasen, die wir genau bestimmen die Liquidus-Kurve, die Bereitstellung der erforderlichen Daten an den inneren Kern Kristallisationsverfahren zu verstehen.

Introduction

Terrestrische Planeten wie der Erde, Venus, Mars und Merkur sind differenzierte Planetenkörper, bestehend aus einem Silikatmantel und einem metallischen Kern. Die moderne Planetenentstehung Modell schlägt vor, dass die terrestrischen Planeten wurden von Kollisionen von Mond-to-Mars-großen Planeten-Embryos aus km großen oder größeren Kleinplaneten durch gravitative Wechselwirkung ^02.01 gewachsen ist. Die Kleinplaneten wurden wahrscheinlich bereits differenzierten einmal die metallischen Eisenlegierungen erreicht Schmelztemperatur durch Erwärmung aus Quellen wie den radioaktiven Zerfall kurzlebiger Isotope wie ²⁶ Al und ⁶⁰ Fe, Auswirkun....

Protocol

1. Bereiten Ausgangsmaterialien und Probenkammern

1. Man stellt zwei Arten von Ausgangsmaterialien (1) eine Mischung aus natürlichem Silikat Olivin und metallischen Eisenpulvers mit 10 Gew.% Schwefel (Metall / Silikat-Verhältnisse im Bereich von 4 bis 30 Gew.%) zur Simulation Perkolation flüssigen Eisen-Legierung in einem festen Silikatmatrix während des anfänglichen Kern Bildung einer kleinen Planetenkörper, und (2) eine homogene Mischung von fein geerdet reinem Eisen und Eisensulfid zur Bestimmung der Planeten inneren Kern Kristallisation.
2. Grind die Ausgangsstoffe, feine Pulvergemisch unter Ethanol in einem Achatmörser für eine Stunde und bei 100 ....

Results

Wir haben eine Reihe von Experimenten unter Verwendung von Mischungen aus San Carlos Olivin und Fe-FeS-Legierung mit unterschiedlichen Metallsilikat-Verhältnisse als die Ausgangsmaterialien durchgeführt. Der S-Gehalt des Metalls 10 Gew.% S. Hier zeigen wir einige repräsentative Ergebnisse aus Hochdruck-Experimente bei 6 GPa und 1800 ° C durchgeführt, wobei gut kalibrierten Multi Amboßanordnungen ^15. Unter den Versuchsbedingungen ist die Fe-FeS-Legierung vollständig geschmolzen ist, und das Silikat (San Carlos.......

Discussion

Die Techniken für die Mehr Amboß Experimente sind gut etabliert, Erzeugen stabiler Druck und Temperatur für einen längeren Zeitraum der Laufzeit und zum Erzeugen relativ großen Probenvolumen. Es ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die inneren Abläufe des Planeten zu simulieren, insbesondere für Experimente, wie Schmelz Perkolation, die bestimmte Probenvolumen erforderlich. Die Begrenzung ist der maximal erreichbare Druck, bis zu 27 GPa mit Wolframcarbid (WC) Ambosse, das Erreichen der Kerndruck von Mars und Merkur, ab.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Multi-Amboss-Gerät	Geophysikalisches Labor	Home Builder
Diamant-Ambosszelle	Geophysikalisches Labor	Home Builder
Laser-Heizsystem	APS GSECARS	Entworfen von Beamline-Mitarbeitern	Öffentliche Beamline
FIB/SEM Crossbeam	Carl Zeiss Ltd.	Auriga
Avizo 3D-Software	VSG	Fire für die Materialwissenschaft