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Simulación de la Planetary Interior Diferenciación Procesos en el Laboratorio

DOI:

10.3791/50778

November 15th, 2013

In This Article

Summary

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Los experimentos de alta presión y alta temperatura que se describen aquí imitan planeta procesos de diferenciación interiores. Los procesos son visualizados y mejor entendidos por imágenes de alta resolución en 3D y el análisis químico cuantitativo.

Abstract

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Un interior del planeta se encuentra bajo condiciones de alta presión y alta temperatura y tiene una estructura en capas. Hay dos procesos importantes que condujeron a que la estructura en capas, (1) percolación de metal líquido en una matriz de silicato sólido por diferenciación planeta, y (2) la cristalización núcleo interno mediante la posterior planeta de refrigeración. Llevamos a cabo los experimentos de alta presión y alta temperatura para simular los procesos en el laboratorio. Formación de núcleo planetario percolación depende de la eficiencia de la filtración de masa fundida, que es controlada por el ángulo diedro (humectante). La simulación de percolación incluye calentar la muestra a alta presión a una temperatura objetivo en el que aleación de hierro-azufre es fundido mientras que el silicato se mantiene sólido, y luego determinar el verdadero ángulo diedro para evaluar el estilo de la migración de líquido en una matriz cristalina mediante la visualización 3D. La representación de volumen 3D se consigue cortando la muestra recuperada con un haz de iones (FIB) y taimagen Rey del SEM de cada rebanada con un instrumento travesaño FIB / SEM. El segundo conjunto de experimentos está diseñado para comprender la cristalización y elemento de distribución de núcleo interno entre el núcleo externo líquido y el núcleo interno sólido mediante la determinación de la temperatura de fusión y elemento de segmentación a alta presión. Los experimentos de fusión se llevan a cabo en el aparato de múltiples yunque hasta 27 GPa y extenderse a una mayor presión en la celda de yunque de diamante con láser de calefacción. Hemos desarrollado técnicas para recuperar pequeñas muestras calentadas por molienda FIB precisión y obtener imágenes de alta resolución de la mancha láser calienta que muestran la fusión de textura a alta presión. Mediante el análisis de la composición química del líquido coexistente y fases sólidas, se determina con precisión la curva de liquidus, proporcionando los datos necesarios para entender el proceso de cristalización del núcleo interno.

Introduction

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Los planetas terrestres como la Tierra, Venus, Marte y Mercurio son cuerpos planetarios diferenciados que consisten en un manto de silicatos y un núcleo metálico. El modelo de formación planetaria moderna sugiere que los planetas terrestres se formaron a partir de colisiones de embriones planetarios-Moon-to del tamaño de Marte que crecen de-kilometros de tamaño o más grandes planetesimales mediante interacciones gravitacionales 1-2. Los planetesimales fueron probablemente ya diferenciarse una vez que las aleaciones de hierro metálico alcanzó la temperatura de fusión debido a la calefacción a partir de fuentes tales como la desintegración radiactiva de los ....

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Protocol

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1. Preparar materiales de partida y las Cámaras de muestra

  1. Preparar dos tipos de materiales de partida, (1) una mezcla de silicato de olivino natural y polvo de hierro metálico con 10% en peso de azufre (metal / proporciones de silicato que van de 4 a 30% en peso) para la simulación de percolación de aleación de hierro líquido en una matriz de silicato sólida durante la formación del núcleo inicial de un pequeño cuerpo planetario, y (2) una mezcla homogénea de finamente a tierra de hierro puro y sulfuro de hierro para la determinación del planetario cristalización núcleo interno.
  2. Moler los materiales de partida a polvo mezclado bien en virtud de ....

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Results

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Hemos llevado a cabo una serie de experimentos utilizando mezclas de San Carlos olivino y aleación de metal de Fe-FeS con diferentes proporciones de metal-silicatos, como materiales de partida. El contenido de S del metal es 10% en peso S. Aquí se muestran algunos resultados representativos de los experimentos de alta presión realizadas en 6 GPa y 1800 ° C, utilizando conjuntos múltiples de yunque bien calibrados 15. En las condiciones experimentales, la aleación de metal de Fe-FeS es completamente fundido y .......

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Discussion

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Las técnicas para los experimentos múltiples de yunque están bien establecidos, la generación de presión y temperatura estables durante un período prolongado de tiempo de ejecución y la producción de volumen de muestra relativamente grande. Es una poderosa herramienta para simular los procesos interiores de planetas, especialmente para experimentos, como la filtración de masa fundida, que requieren cierto volumen de muestra. La limitación es la presión máxima alcanzable, hasta 27 GPa con carburo de tungsteno (WC) yunque.......

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Disclosures

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Ningún conflicto de interés declarado.

Acknowledgements

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Este trabajo fue apoyado por la NASA subvención NNX11AC68G y la Institución Carnegie de Washington. Doy las gracias a Chi Zhang por su ayuda con la recopilación de datos. También agradezco a Anat Shahar y Valerie Hillgren por sus útiles comentarios de este manuscrito.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Aparato de yunque múltipleLaboratorio geofísico Constructor
de viviendas Célula de yunquede diamante Laboratorio geofísicoConstructor
de viviendas Sistema de calefacción láserAPS GSECARSDiseñado por el personal de la línea luz Línea de luz pública
FIB/SEM Travesaño CarlZeiss Ltd.Auriga
Avizo Software 3DVSGFire para la ciencia de los
de materiales

References

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  1. Wetherill, G. W. Formation of the terrestrial planets. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 18, 77-113 (1980).
  2. Chambers, J. E. Planetary accretion in the inner Solar System. Earth and Planetary Science Letters. 223, 241-252 (2004).
  3. Gre....

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Planetary Interior DifferentiationHigh Pressure ExperimentsMulti Anvil ApparatusFocused Ion BeamScanning Electron MicroscopyDihedral Angle MeasurementPercolation SimulationInner Core CrystallizationLiquid Metal Percolation3D Volume Rendering

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