Simulación de la Planetary Interior Diferenciación Procesos en el Laboratorio

El objetivo general de este procedimiento es simular el proceso de diferenciación del interior del planeta. Esto se logra mezclando primero silicato de oliva, polvo de hierro y sulfuro de hierro de manera homogénea. El segundo paso es cargar la mezcla en un conjunto de celda de alta presión.

A continuación, el conjunto se presuriza a seis giga pascales y se calienta a 1.800 grados Celsius en un dispositivo de yunque múltiple. El paso final es recuperar la muestra y prepararla para la obtención de imágenes en 3D. En última instancia, la imagen 3D utilizada para visualizar la distribución de la silicona y el metal fundido y determinar si el metal líquido puede filtrarse a través de la silicona cristalina para formar un núcleo.

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en la ciencia planetaria, como las formaciones de núcleos planetarios a través de percolaciones. Comience preparando los materiales para la simulación del proceso de percolación. En la formación del núcleo, haga aproximadamente un gramo de una mezcla de silicato natural, oliva y polvo de hierro metálico con 10 por ciento en peso de azufre en un mortero de ágata.

Bajo la molienda de etanol, el material de partida para encontrar polvo mezclado durante una hora. Una vez hecho esto, seque los materiales a 100 grados centígrados durante una hora, recupere el material seco y, una vez que estén fríos, comience los preparativos para los experimentos de yunque múltiple. Cargue el material de partida en una cápsula de óxido de aluminio CI, de aproximadamente 1,5 milímetros de diámetro y 1,5 milímetros de longitud.

A continuación, coloque la cápsula en un conjunto de celda de alta presión que tenga un calentador de muestra de resistencia eléctrica. La celda ahora está lista para el aparato de alta presión de yunque múltiple. Monte el conjunto de celdas en el aparato, presurice la muestra a la presión objetivo aquí, seis giga pascales basados en una curva de calibración de presión de punto fijo.

Además, use el calentador de resistencia eléctrica para llevar la muestra a 1.800 grados Celsius. La temperatura objetivo. Para este experimento, mantenga la presión y la temperatura durante 12 horas.

Una vez finalizado el experimento, enfríe la muestra a temperatura ambiente apagando el calentador y libere la presión lentamente durante seis horas abriendo la válvula de aceite hidráulico. Finalmente, recupere el ensamblaje de alta presión y el análisis de la muestra hace uso de un microscopio electrónico de barrido de haz de iones enfocado. Prepare la muestra para su uso en el instrumento montándola y puliéndola y recubriendo su superficie con carbón.

A continuación, cárguelo en la cámara de muestras del instrumento. Alinee la muestra con el punto coincidente del haz de iones enfocado y el microscopio electrónico de barrido a una distancia de trabajo de cinco milímetros. Premil la muestra para exponer un volumen de 15 por 20 por 20 micrómetros cúbicos.

A continuación, continúe utilizando el haz de iones para fresar capas de 25 nanómetros de profundidad. Después de eliminar cada capa, tome una imagen de microscopio electrónico de barrido de la superficie expuesta. Una vez completado el fresado, ingrese los archivos de datos de imagen en el software de visualización y cree imágenes en 3D para su visualización. Esta reconstrucción 3D es para una muestra de enfriamiento que se calentó a 1.800 grados Celsius a seis giga pascales.

El volumen resaltado representa el hierro y el sulfuro de hierro fundido. El resto del volumen está ocupado por ine. El volumen es de aproximadamente cinco por seis por siete micrómetros cúbicos.

La imagen muestra que las bolsas metálicas de fusión quedaron atrapadas en las esquinas del grano de silicato debido a los grandes ángulos de dedal medidos por encima de los 100 grados, como se ve aquí. Esta nueva técnica de imagen proporciona una poderosa herramienta para determinar con precisión el verdadero ángulo de reddal. Al monitorear el cambio en la distribución de la masa fundida a través del ángulo crítico, se puede utilizar para identificar la transición de redes no conectadas a conectadas en una composición pequeña y un intervalo de presión.

El método también proporciona una medida cuantitativa de la fracción de volumen y la conectividad. Estas imágenes 3D son de la muestra templada con diferentes proporciones de silicato metálico por debajo de una fracción de volumen del 5%El metal líquido forma bolsas aisladas a mayor volumen. Las fracciones y la red interconectada se forman después de su desarrollo.

Esta técnica allana el camino para la investigación en el campo de la experimentación, la ciencia planetaria y la ciencia planetaria para explorar el proceso de formación del núcleo planetario a través de la simulación experimental combinada con las visualizaciones.