Method Article

Simulation de la différenciation planétaire Intérieur processus dans le laboratoire

DOI:

10.3791/50778

November 15th, 2013

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les expériences à haute pression et à haute température décrits ici imitent les processus de différenciation intérieur de la planète. Les processus sont visualisées et mieux compris par imagerie à haute résolution en 3D et l'analyse chimique quantitative.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A l'intérieur planétaire est dans des conditions de haute pression et à haute température et il a une structure en couches. Il ya deux processus importants qui ont conduit à cette structure en couches, (1) la percolation de métal liquide dans une matrice de silicate solide par la différenciation de la planète, et (2) intérieure cristallisation de base par planète refroidissement subséquent. Nous menons des expériences à haute pression et à haute température pour simuler les processus dans le laboratoire. Formation de noyau planétaire percolation dépend de l'efficacité de la percolation à l'état fondu, qui est commandé par le dièdre (mouillant) angle. La simulation de percolation comprend le chauffage de l'échantillon à une pression élevée à une température cible à laquelle l'alliage fer-soufre est fondu alors que le silicate reste solide, et ensuite la détermination de l'angle réel de dièdre pour évaluer le style de la migration de liquide dans une matrice cristalline de visualisation 3D. Le rendu de volume 3D est obtenue par tranchage de l'échantillon récupéré avec un faisceau focalisé d'ions (FIB) et tal'image roi SEM de chaque tranche avec un instrument traverse FIB / SEM. La deuxième série d'expériences est destinée à comprendre la distribution de la cristallisation et de l'élément noyau intérieur entre le noyau externe liquide et solide noyau interne par la détermination de la température de fusion et l'élément de séparation sous haute pression. Les expériences de fusion sont effectuées dans le dispositif multi-enclume jusqu'à 27 GPa et étendus à une pression plus élevée dans la cellule de type diamant enclume avec laser de chauffage. Nous avons développé des techniques pour récupérer les petits échantillons chauffés par FIB précision de fraisage et obtenir des images à haute résolution de la tache laser-chauffée qui montrent texture fondante à haute pression. En analysant les compositions chimiques du liquide coexistante et des phases solides, on détermine avec précision la courbe de liquidus, donnant des données nécessaires à la compréhension du processus de cristallisation de l'âme interne.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les planètes telluriques comme la Terre, Vénus, Mars et Mercure sont des corps planétaires dissociés, d'un manteau de silicate et un noyau métallique. Le modèle de la formation des planètes moderne suggère que les planètes terrestres ont été formés par des collisions d'embryons planétaires-Lune-Mars à taille issues de kilomètres taille ou plus planétésimaux par des interactions gravitationnelles 1-2. Les planétésimaux ont probablement déjà différenciées fois les alliages métalliques en fer atteint la température de fusion en raison de chauffage à partir de sources telles que la désintégration radioactive des isotopes de courte durée tels que 2....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Une. Préparer le matériel de départ et Chambres d'exemples

  1. Préparer deux types de matières de départ, (1) un mélange d'olivine de silicate naturel et la poudre de fer métallique à 10% en poids de soufre (métal / des ratios de silicate allant de 4 à 30% en poids) pour la simulation de la percolation de l'alliage de fonte liquide dans une matrice de silicate solide au cours de la formation du noyau initial d'un petit corps planétaire, et (2) un mélange homogène de fer pur finement la masse et le sulfure de fer pour la détermination du planétaire cristallisation d'âme intérieure.
  2. Broyez les matières premières à poudre mélangée am....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nous avons réalisé une série d'expériences en utilisant des mélanges de San Carlos olivine et Fe-FeS alliage métallique avec différents rapports métal-silicate, en tant que matériaux de départ. La teneur en S du métal est de 10% en poids S. Ici, nous montrons des résultats représentatifs d'expériences à haute pression effectuées à 6 GPa et 1800 ° C, en utilisant bien calibrés assemblages multi-enclume 15. Dans les conditions expérimentales, l'alliage métallique Fe-FeS est complètement fondu et le silicate (Sa.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les techniques pour les expériences multi-enclume sont bien établies, de génération de pression et de température pendant une longue période de temps de fonctionnement stable et pour produire le volume relativement important de l'échantillon. Il est un outil puissant pour simuler les processus intérieurs de planètes, en particulier pour les expériences, tels que la fonte percolation, qui nécessitent un certain volume de l'échantillon. La limitation est la pression maximale possible, jusqu'à 27 GPa carbure de.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce travail a été soutenu par la NASA subvention NNX11AC68G et la Carnegie Institution de Washington. Je remercie Chi Zhang pour son aide dans la collecte de données. Je remercie également Anat Shahar et Valerie Hillgren les avis utiles de ce manuscrit.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Appareil à enclumes multiplesLaboratoire géophysiqueConstructeur de maisons Cellule
à enclume diamantéeLaboratoire géophysiqueConstructeur
de maisons Système de chauffage laserAPS GSECARSConçu par le personnel de la ligne de faisceau Ligne de faisceau publique
FIB/SEM CrossbeamCarl Zeiss Ltd.Auriga
Avizo Logiciel 3DVSGFire pour la science
des matériaux

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles