Articolo metodologico

Partizionamento metallo-silicato ad alta pressione e temperatura: metodi sperimentali e un protocollo per sopprimere altamente Siderophile Element Inclusioni

DOI:

10.3791/52725

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13 giugno 2015

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1Department of Earth Science, University of Toronto, 2Geophysical Laboratory, Carnegie Institution of Washington

In questo articolo

Sommario

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Presentiamo una procedura per determinare la ripartizione metallo-silicato di elementi siderofili, enfatizzando le tecniche che sopprimono la formazione di inclusioni metalliche negli esperimenti per i metalli nobili. I risultati di questi esperimenti sono utilizzati per dimostrare l'effetto della formazione del nucleo sulla composizione altamente siderofila degli elementi del mantello.

Abstract

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Le stime della composizione primitiva del mantello superiore (PUM) rivelano un esaurimento di molti degli elementi siderofili (amanti del ferro), che si pensa derivino dalla loro estrazione nel nucleo durante l'accrescimento terrestre. Gli esperimenti per studiare la suddivisione di questi elementi tra fusi di metallo e silicato suggeriscono che la composizione del PUM è meglio abbinata se l'equilibrio metallo-silicato si verifica ad alte pressioni e temperature, in un ambiente oceanico di magma profondo. Il comportamento degli elementi più altamente siderofili (HSE) durante questo processo, tuttavia, è rimasto enigmatico. I prodotti di silicato provenienti da esperimenti di solubilità HSE sono comunemente contaminati da inclusioni metalliche disperse che ostacolano la misurazione delle concentrazioni di elementi nel fuso. La conseguente incertezza sulla vera solubilità e sulla ripartizione metallo-silicato di questi elementi ha reso difficile prevedere la loro deplezione prevista in PUM. Recentemente, diversi studi hanno impiegato modifiche al disegno sperimentale utilizzato per esperimenti di solubilità ad alta pressione e temperatura al fine di sopprimere la formazione di inclusioni metalliche. L'aggiunta di Au (esperimenti Re, Os, Ir, Ru) o Si elementare (esperimenti Pt) al campione agisce per alterare rispettivamente la geometria o la velocità di riduzione del campione, al fine di evitare la sovrasaturazione transitoria del metallo del fuso silicatico. Questo contributo delinea le procedure per l'utilizzo dell'apparato pistone-cilindro e dell'apparato multi-incudine per condurre rispettivamente esperimenti di solubilità e di partizione metallo-silicato. Viene anche descritto un protocollo per la sintesi di run-products non contaminati da esperimenti di solubilità HSE in cui la fugacità dell'ossigeno è simile a quella durante la formazione del nucleo terrestre. Gli spettri LA-ICP-MS risolti nel tempo sono presentati come prova dell'assenza di inclusioni metalliche nei prodotti di corsa da studi precedenti, e confermano anche che la tecnica può essere estesa per studiare l'UR. Vengono anche forniti esempi di come questi dati possono essere applicati.

Introduzione

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Accrescimento terrestre si pensa che si sono verificati una serie di collisioni fra planetesimi con una composizione di massa chondritic, terminante con una fase di gigante impatto ritenuta responsabile per la formazione di luna 1,2. Riscaldamento del proto-Terra da impatti e il decadimento degli isotopi di breve durata era sufficiente a provocare gravi fusione e la formazione di un oceano magma o stagni attraverso cui denso fusi metallici Fe-ricchi potevano scendere. Dopo aver raggiunto la base del magma mare, fonde metalliche incontrano un confine reologico, stallo, e sottoposti equilibrio metallo-silicati finale prima infine scendere attraverso il mante....

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Protocollo

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1) Preparazione del prodotto di partenza

  1. Sintetico Basalto
    Nota: Una composizione basaltico viene utilizzato come materia prima, come silicato di composizioni più depolimerizzati, anche se più rilevante per uno scenario oceano di magma, sono difficili o impossibili da spegnere un bicchiere in pistone-cilindro ed esperimenti multi-incudine.
    1. Pesare quantità desiderate di ossido di componenti o carbonato (Ca e Na) polveri, con l'eccezione di Fe, e aggiungere a un mortaio di agata (vedi esempio nella tabella 1). Una miscela Fe-libera del peso di ~ 4 g dovrebbe fornire materiale di partenza sufficiente per una vasta serie di....

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Risultati

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Gli esempi che seguono e concentrare la discussione su esperimenti per determinare HSE solubilità in silicato fonde a basse f O 2. Per esempi completi di come MSE e dati partizionamento SSE da esperimenti multi-incudine possono essere utilizzati per vincolare la P - T - f O 2 condizioni d'anima in metallo segregazione, si rimanda ai riferimenti. 9 - 11 Figura 7B-D visualizza indietro immagini elettroni sparse da tipici run-prodotti.......

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Discussione

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I risultati degli esperimenti senza inclusione effettuati utilizzando i protocolli descritti qui sono stati precedentemente confrontati con i dati di letteratura nei riferimenti 29 (Os, Ir, Au), 30 (Re, Au) e 31 (Pt). Pt è molto istruttiva per dimostrare l'utilità di run-prodotti privi di inclusione. Per esperimenti condotti a bassa f O 2, Ertel et al. 48 assegnato inclusioni ad un'origine stabile e quindi limitata riduzione dei dati alla r.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato sostenuto dai scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada Attrezzatura, Scoperta e Discovery Accelerator Sovvenzioni concesse a JMBNRB riconosce il sostegno della Carnegie Institution di programma di borse post-dottorato Washington. Stephen Elardo è anche ringraziato per la sua assistenza prima di filmare con la stampa cilindro-pistone presso il Laboratorio di Geofisica.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Foglio epossidico / fibra di vetro G10Accurate Plastics, Inc.GEES.020N.3648
Materiali di partenza in polvere - -Ossidi, metalli, carbonatiAlfa AesarSpecifico per l'esperimento
Ceramica MgO in 2 parti calcinabileAremcoCeramcast - 584
PTFE Lubrificante seccoCamie-Campbell2000 TFE-Coat
Riscaldatori a resistenza in grafiteCarbone of America (ora di proprietà di Mersen USA)Ordine personalizzato
Carbonato di barioChemical Products CorporationOrdine personalizzatocalcinato a flusso libero (CFF)
(W26%Re, W5%Re)Concept Alloys~0,25 mm di diametro è adatto per la maggior parte degli esperimenti
Zirconia CementoCotronics; Resbond 940 CementoUtilizzare 100 parti di polvere per ogni 25-28 parti
attivatore Colla in acetato di polivinile (PVA),ad esempio BostikSpesso venduto come "colla bianca",
colla cianoacrilata, ad esempio Krazy Glue/Loctite
recipiente a pressione del cilindro del pistone e pistone del WCHi-Quality Carbide Tooling Inc.Tubo
quarzo PlusTubi
frantumabili ZrO2< / sub>Saint-GobainOrdine
Aste e tubi MgO frantumabiliSaint-Gobainordinazione
esperimenti multi-incudineordinazioneTungaloysono in lega
WC di grado FTubo in allumina monoforo per termocoppia multiincudineVesuvio McDanelAXS071730-04-06
Tubo in allumina a 4 fori per termocoppia cilindro pistoneVesuvio McDanelAXF1159--07-12 
Tubo in allumina a 4 fori per termocoppia multiincudineVesuvius McDanelAXF1159-04-06
desiderato Filo per termocoppia di tipo C di grado C-Type in 2 parti di ,, in vetro di silice su ordinazione al personalizzato Cubetti WC su per I cubi su

Riferimenti

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  1. Canup, R. M. Dynamics of Lunar Formation. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 42, 441-475 (2004).
  2. Rubie, D., Nimmo, F., Melosh, H. Formation of Earth’s core. Treatise on geophysics. 9, 51-90 (2007).
  3. Karato, S., Murthy, V. R.

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Alta pressione e temperaturaApparato a pistone cilindroApparato a incudini multipleElementi altamente siderofiliAnalisi LA ICP MSSoppressione delle inclusioni metallicheFuso di silicato sinteticoControllo della fugacit dell ossigenoSpettri a risoluzione temporale

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