Name: Simulazione del Planetary Interior differenziazione processi in Laboratorio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-11-15T17:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: Esplora la simulazione della differenziazione degli interni planetari mediante esperimenti ad alta pressione e temperatura. Questo metodo combina imaging 3D ad alta risoluzione per visualizzare la distribuzione dei materiali.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Questo lavoro è stato supportato dalla NASA concessione NNX11AC68G e Carnegie Institution di Washington. Ringrazio Chi Zhang per la sua assistenza con la raccolta dei dati. Ringrazio anche Anat Shahar e Valerie Hillgren per voti recensioni di questo manoscritto.

1. Preparare materiali di partenza e delle Camere di esempio <ol><li> Preparare due tipi di materiali di partenza, (1) una miscela di olivina silicato naturale e polvere di ferro metallico con 10% in peso di zolfo (metallo / rapporti silicato vanno da 4 a 30% in peso) per simulare percolazione di lega di ferro liquido in una matrice di silicato solido durante la formazione del nucleo iniziale di un piccolo corpo planetario, e (2) una miscela omogenea di ferro puro finemente a terra e solfuro di ferro per la determinazione del planetario nucleo di cristallizzazione interno. </li><li> Macinare i materiali di partenza per polvere fine mista sotto etanolo in un mortaio di agata per un&#39;ora ed essiccato a 100 ° C. </li><li> Caricare il materiale di partenza in un MgO sinterizzato o Al 2 O 3 capsula (tipicamente 1,5 mm di diametro e 1,5 di lunghezza), e poi riporla in un gruppo della cella di alta pressione per gli esperimenti multi-incudine. </li><li> Caricare il composto Fe-FeS in una piccola camera del campione (tipicamente 100 micron di diametro e 25 &amp; #181; m di spessore) forato in una guarnizione renio preindented per gli esperimenti laser-riscaldamento nella cella diamante-incudine. Panino la miscela di Fe-FeS tra gli strati di NaCl che fungono da isolanti termici. </li></ol> 2. Gli esperimenti ad alta pressione e ad alte temperature nell&#39;apparato Multi-incudine <ol><li> Il gruppo della cella di alta pressione multi-incudine consiste di un ottaedro MgO come mezzo di pressione, un manicotto ZrO 2 come isolante termico, e un renio cilindrica o riscaldatore grafite. La capsula campione si inserisce all&#39;interno del riscaldatore. Una termocoppia di tipo C viene inserito nella camera del campione per determinare la temperatura del campione. </li><li> Posizionare il gruppo ad alta pressione in un apparecchio ad alta pressione multi-incudine per la pressurizzazione. </li><li> L&#39;apparato multi-incudine è costituito da una pressa idraulica 1.500 ton e un modulo di pressione che contiene un anello di ritenuta con sei cunei di spinta rimovibili formando una cavità cubica al centro 15. Il cubo della cavità houses otto cubi in carburo di tungsteno con angoli troncati. I cubi troncati, che convergono sul gruppo cella ottaedro, vengono separati l&#39;uno dall&#39;altro da guarnizioni comprimibili. Il pistone idraulico trasmette la forza efficace sul gruppo campione da una configurazione a due stadi incudine. Figura 1 illustra la procedura sperimentale per l&#39;esperimento multi-incudine. </li><li> Pressurizzare il campione ad una pressione designata tra 2-27 GPa a temperatura ambiente basato su punto fisso curva di calibrazione di pressione 16, e poi riscaldare a temperature sperimentali fino a 2.300 ° C mediante riscaldamento a resistenza elettrica; mantenere l&#39;esperimento a temperatura costante per tutta la durata dell&#39;esperimento, e disattivare l&#39;alimentazione per spegnere il campione a temperatura ambiente al fine dell&#39;esperimento. </li><li> Rilasciare lentamente la pressione aprendo la valvola dell&#39;olio idraulico e recuperare la carica sperimentale. </li></ol> 3. Esperimenti laser di riscaldamento inDiamond-incudine cellulare <ol><li> Pressione in una cella di diamante incudine è generato tra due incudini di diamante gemma-qualità cristallo singolo (circa 0,25 carati ciascuno). Usiamo una cella di diamante-incudine simmetrica per guidare le incudini opposte perfettamente allineate con un sistema cilindro-pistone. La cella è in grado di generare pressioni corrispondenti alle condizioni di pressione del nucleo della Terra 17. Temperatura elevata viene ottenuta mediante riscaldamento laser nella cella diamante-incudine. Utilizziamo un sistema al Advance Photon Source (APS), che si basa su un laser tecnica biadesivo riscaldamento e consiste di due laser a fibra ottica, per riscaldare il campione da entrambi i lati, e due sistemi spettroradiometriche per misure di temperatura su entrambi i lati 18. Il sistema è progettato per generare una macchia riscaldamento grande (25 micron di diametro), minimizzare le gradienti di temperatura del campione sia radialmente che assialmente nella cella ad incudine di diamante, e massimizzare la stabilità riscaldamento. Figura 2 mostra schematicamentes della configurazione sperimentale per l&#39;esperimento laser-riscaldamento nella cella diamante-incudine con l&#39;immagine del punto laser-riscaldamento. </li><li> Allineare le incudini di diamante con 300 micron culets e preindent una guarnizione renio ad uno spessore di 30 micron da uno spessore iniziale di 250 micron. </li><li> Praticare un foro nella guarnizione preindented con un diametro di 120 micron al centro, e caricare il campione nel foro. </li><li> Pressurizzare il campione ad una pressione designata a temperatura ambiente, e poi riscaldare il campione aumentando la potenza del laser durante le misure di temperatura e in situ raggi X misure di diffrazione presso l&#39;impianto di sincrotrone. </li><li> Spegnere il laser per spegnere il campione quando la fusione parziale viene rilevata da un cambiamento di radiazione termica e dal modello di diffrazione. </li><li> Recuperare il campione riscaldato per la caratterizzazione ex situ. </li></ol> 4. Il recupero del campione e analisi <ol><li> Momentount il campione multi-incudine recuperato in resina epossidica e lucidare la superficie utilizzando una suite di polvere di graniglia diamante da 150 micron a 0,25 micron. </li><li> Carbon-rivestire la superficie del campione e caricarlo nell&#39;apposita camera di uno strumento trave Zeiss Auriga FIB / SEM (Figura 3A) per l&#39;analisi. </li><li> Allineare il campione nel punto coincidente della FIB e SEM a una distanza di lavoro di 5 mm (Figura 3B), e poi premill il campione per esporre un volume di 15 x 20 x 20 micron 3 (Figura 3C). </li><li> Prendere immagini SEM ad un intervallo di 25 nm, usando la fetta e funzione di visualizzazione sullo strumento Zeiss Auriga FIB / SEM (registrare automaticamente una serie di immagini dopo la fresatura fascio ionico con tipica risoluzione di immagine di circa 35 nm). </li><li> Inserire i file di dati immagine ad un software di visualizzazione e ricostruire immagini 3D per visualizzare la distribuzione di fusione e la connettività nel campione spento (Figura 3D). </li></ol>

<ol><li>Wetherill, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+the+terrestrial+planets%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Astronomy+and+Astrophysics%22%5BJournal%5D)">Formation of the terrestrial planets.</a> Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 18, 77-113 (1980).</li>
<li>Chambers, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planetary+accretion+in+the+inner+Solar+System%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Planetary accretion in the inner Solar System.</a> Earth and Planetary Science Letters. 223, 241-252 (2004).</li>
<li>Greenwood, R. C., Franchi, I. A., Jambon, A., Buchanan, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+magma+oceans+on+asteroidal+bodies+in+the+early+Solar+System%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Widespread magma oceans on asteroidal bodies in the early Solar System.</a> Nature. 435, 916-918 (2005).</li>
<li>Mann, U., Frost, D. J., Rubie, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+wetting+ability+of+Si-bearing+liquid+Fe-alloys+in+a+solid+silicate+matrix-percolation+during+core+formation+under+reducing+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+the+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">The wetting ability of Si-bearing liquid Fe-alloys in a solid silicate matrix-percolation during core formation under reducing conditions.</a> Physics of the Earth and Planetary Interiors. 167 (1-2), 1-7 (2008).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., &Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Percolative+core+formation+in+planetesimals%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Percolative core formation in planetesimals.</a> Earth and Planetary Science Letters. 273, 132-137 (2008).</li>
<li>Walte, N. P., Becker, J. K., Bons, P. D., Rubie, D. C., Frost, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid-distribution+and+attainment+of+textural+equilibrium+in+a+partially-molten+crystalline+system+with+a+high-dihedral-angle+liquid+phase%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Liquid-distribution and attainment of textural equilibrium in a partially-molten crystalline system with a high-dihedral-angle liquid phase.</a> Earth and Planetary Science Letters. 262, 517-532 (2007).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interconnectivity+of+Fe-O-S+liquid+in+polycrystalline+silicate+perovskite+at+lower+mantle+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">Interconnectivity of Fe-O-S liquid in polycrystalline silicate perovskite at lower mantle conditions.</a> Physics of Earth and Planetary Interiors. 161, 170-176 (2007).</li>
<li>Halliday, A. N., Wood, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+did+Earth+accrete%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How did Earth accrete?</a> Science. 325, 44-45 (2009).</li>
<li>Yoder, C. F., Konopliv, A. S., Yuan, D. N., Standish, E. M., Folkner, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+core+size+of+Mars+from+detection+of+the+solar+tide%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fluid core size of Mars from detection of the solar tide.</a> Science. 300, 299-303 (2003).</li>
<li>Margot, J. L., Peale, S. J., Jurgens, R. F., Slade, M. A., Holin, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+longitude+libration+of+Mercury+reveals+a+molten+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Large longitude libration of Mercury reveals a molten core.</a> Science. 316, 710-714 (2007).</li>
<li>Fei, Y., Bertka, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+interior+of+Mars%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The interior of Mars.</a> Science. 308, 1120-1121 (2005).</li>
<li>Williams, J. -P., Nimmo, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+evolution+of+the+Martian+core%3A+Implications+for+an+early+dynamo%5BTitle%5D)+AND+%22Geology%22%5BJournal%5D)">Thermal evolution of the Martian core: Implications for an early dynamo.</a> Geology. 32, 97-100 (2004).</li>
<li>Smith, D. E., Zuber, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravity+field+and+internal+structure+of+Mercury+from+MESSENGER%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Gravity field and internal structure of Mercury from MESSENGER.</a> Science. 336, 214-217 (2012).</li>
<li>Weber, R. C., Lin, P. -Y., Garnero, E. J., Williams, Q., Lognonné, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seismic+detection+of+the+Lunar+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Seismic detection of the Lunar core.</a> Science. 331, 309-312 (2011).</li>
<li>Li, J., Fei, Y. Experimental constraints on core composition. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLi%2C+J+%22Geochemistry+of+the+Mantle+and+Core%22">Geochemistry of the Mantle and Core</a>. Carlson, R. W. , 521-546 (2007).</li>
<li>Bertka, C. M., Fei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mineralogy+of+the+Martian+interior+up+to+core-mantle+boundary+pressures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Mineralogy of the Martian interior up to core-mantle boundary pressures.</a> Journal of Geophysical Research. 102, 5251-5264 (1997).</li>
<li>Tateno, S., Hirose, K., Ohishi, Y., Tatsumi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+structure+of+iron+in+Earth%27s+inner+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The structure of iron in Earth's inner core.</a> Science. 330, 359-361 (2010).</li>
<li>Prakapenka, V. B., Kubo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+flat+top+laser+heating+system+for+high+pressure+research+at+GSECARS%3A+application+to+the+melting+behavior+of+germanium%5BTitle%5D)+AND+%22High+Pressure+Research%22%5BJournal%5D)">Advanced flat top laser heating system for high pressure research at GSECARS: application to the melting behavior of germanium.</a> High Pressure Research. 28, 225-235 (2008).</li>
<li>Minarik, W. G., Ryerson, F. J., Watson, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Textural+entrapment+of+core-forming+melts%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Textural entrapment of core-forming melts.</a> Science. 272, 530-533 (1996).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+oxygen+and+sulphur+on+the+dihedral+angle+between+Fe-O-S+melt+and+silicate+minerals+at+high+pressure%3A+Implications+for+Martian+core+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">The effect of oxygen and sulphur on the dihedral angle between Fe-O-S melt and silicate minerals at high pressure: Implications for Martian core formation.</a> Earth and Planetary Science Letters. 232, 379-392 (2005).</li>
<li>Fei, Y., Bertka, C. M., Finger, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+iron-sulfur+compound%2C+Fe3S2%2C+and+melting+relations+in+the+system+Fe-FeS+at+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-pressure iron-sulfur compound, Fe3S2, and melting relations in the system Fe-FeS at high pressure.</a> Science. 275, 1621-1623 (1997).</li>
<li>Fei, Y., Li, J., Bertka, C. M., Prewitt, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+type+and+bulk+modulus+of+Fe3S%2C+a+new+iron-sulfur+compound%5BTitle%5D)+AND+%22American+Mineralogist%22%5BJournal%5D)">Structure type and bulk modulus of Fe3S, a new iron-sulfur compound.</a> American Mineralogist. 85, 1830-1833 (2000).</li>
<li>Li, J., Fei, Y., Mao, H. K., Hirose, K., Shieh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfur+in+the+Earth%27s+inner+core%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Sulfur in the Earth's inner core.</a> Earth and Planetary Science Letters. 193, 509-514 (2001).</li>
<li>Chen, B., Li, J., Hauck, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-ideal+liquidus+curve+in+the+Fe-S+system+and+Mercury%27s+snowing+core%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letter%22%5BJournal%5D)">Non-ideal liquidus curve in the Fe-S system and Mercury's snowing core.</a> Geophysical Research Letter. 35, L07201(2008).</li>
<li>Buono, A. S., Walker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Fe-rich+liquidus+in+the+Fe-FeS+system+from+1+bar+to+10+GPa%5BTitle%5D)+AND+%22GeochimicaCosmochimicaActa%22%5BJournal%5D)">The Fe-rich liquidus in the Fe-FeS system from 1 bar to 10 GPa.</a> GeochimicaCosmochimicaActa. 75, 2072-2087 (2011).</li>
<li>Ito, E., Yamazaki, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+generation+and+investigation+of+the+post-perovskite+transformation+in+MgGeO3by+squeezing+the+Kawai-cell+equipped+with+sintered+diamond+anvils%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Pressure generation and investigation of the post-perovskite transformation in MgGeO3by squeezing the Kawai-cell equipped with sintered diamond anvils.</a> Earth and Planetary Science Letters. 293 (1-2), 84-89 (2010).</li>
<li>Roberts, J. J., Kinney, J. H., Siebert, J., Ryerson, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fe-Ni-S+melt+permeability+in+olivine%3A+implications+for+planetary+core+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letter%22%5BJournal%5D)">Fe-Ni-S melt permeability in olivine: implications for planetary core formation.</a> Geophysical Research Letter. 34, L14306(2007).</li>
<li>Wang, Y., Lesher, C., Fiquet, G., Rivers, M., Nishiyama, N., Siebert, J., Roberts, J., Morard, G., Gaudio, S., Clark, A., Watson, H., Menguy, N., Guyot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-situ+high+P%2C+T+X-ray+microtomographic+imaging+during+large+deformation%3A+a+newtechnique+for+studying+mechanical+behavior+of+multi-phase+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Geosphere%22%5BJournal%5D)">In-situ high P, T X-ray microtomographic imaging during large deformation: a newtechnique for studying mechanical behavior of multi-phase composites.</a> Geosphere. 7, 40-45 (2011).</li>
<li>Watson, H. C., Roberts, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connectivity+of+core+forming+melts%3A+Experimental+constraints+from+electrical+conductivity+and+X-ray+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">Connectivity of core forming melts: Experimental constraints from electrical conductivity and X-ray tomography.</a> Physics of Earth and Planetary Interiors. 186, 172-182 (2011).</li>
<li>Fei, Y., Ricolleau, A., Frank, M., Mibe, K., Shen, G., Prakapenka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+an+internally+consistent+pressure+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Toward an internally consistent pressure scale.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 9182-9186 (2007).</li>
</ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Le tecniche per gli esperimenti multi-incudine sono ben stabiliti, generando pressione stabile e temperatura per un periodo di tempo di funzionamento prolungato e producendo relativamente grande volume di campione. Si tratta di un potente strumento per simulare i processi interni di pianeti, in particolare per gli esperimenti, come fusione di percolazione, che richiedono un certo volume di campione. La limitazione è la pressione massima raggiungibile, fino a 27 GPa con carburo di tungsteno (WC) incudini, raggiungendo le...

Pianeti terrestri, come la Terra, Venere, Marte e Mercurio sono corpi planetari differenziati costituiti da un mantello di silicati e di un nucleo metallico. Il moderno modello di formazione dei pianeti suggerisce che i pianeti terrestri sono formate da collisioni di embrioni planetari Luna-to-Mars-sized cresciute da chilometri di dimensioni o più grande planetesimi attraverso le interazioni gravitazionali 1-2. I planetesimi erano probabilmente già differenziati una volta che le leghe di ferro metalliche raggiunto temperatura di fusione a causa del riscaldamento da fonti come il decadimento radioattivo di isotopi a vita breve come 26 Al 60 Fe, impatto, e il rilascio di energia potenziale 3. È importante capire come il metallo liquido percolato attraverso una matrice di silicato durante la prima differenziazione. Pianeta differenziazione potrebbe procedere attraverso separazione liquido-liquido efficiente o per percolazione di metallo liquido in una matrice di silicato solido, a secondadelle dimensioni e della temperatura all&#39;interno degli organismi planetari. La percolazione di metallo liquido nella matrice di silicato solido è probabile un processo dominante nella differenziazione iniziale quando la temperatura non è sufficientemente elevata per fondere l&#39;intero corpo planetario. L&#39;efficienza di percolazione dipende dall&#39;angolo diedro, determinata dalle energie interfacciali delle interfacce solido-solido e solido-liquido. Possiamo simulare questo processo in laboratorio conducendo esperimenti ad alta pressione e ad alta temperatura su una miscela di lega di ferro e silicati. Recenti studi 4-7 hanno indagato la capacità bagnante di leghe di ferro liquido in una matrice di silicato solido ad alta pressione e temperatura. Hanno usato un metodo convenzionale per misurare la distribuzione di frequenza relativa di angoli diedri apparenti tra il metallo liquido da bonifica grani silicati sulle sezioni lucide per la determinazione del vero angolo diedro. Il metodo convenzionale produce relativamente grande uncertainties dell&#39;angolo diedro misurato e possibili distorsioni seconda delle statistiche di campionamento. Qui presentiamo una nuova tecnica di imaging per visualizzare la distribuzione del metallo liquido nella matrice di silicato in tre dimensioni (3D) mediante combinazione di fresatura FIB ed alta risoluzione emissione di campo dell&#39;imaging SEM. La nuova tecnica di imaging fornisce determinazione precisa dell&#39;angolo diedro e misura quantitativa della frazione volumetrica e la connettività della fase liquida. Il nucleo della Terra si è formata in un tempo relativamente breve (&lt;100.000 mila anni) 8, presumibilmente in uno stato liquido a sua storia antica. Marte e Mercurio hanno anche nuclei liquidi a base di deformazione di marea solare dai dati di rilevamento della radio Mars Global Surveyor 9 e modelli di radar speckle legati alla rotazione planetaria 10, rispettivamente. Modelli di evoluzione termica ed esperimenti di fusione ad alta pressione sulle materie fondamentali sostenere ulteriormente un nucleo marziano liquido11-12. Dati recenti Messenger veicoli spaziali forniscono ulteriori prove per un nucleo liquido di Mercurio 13. Anche la piccola Luna ha probabilmente un piccolo nucleo liquido a base di recente ri-analisi dei sismogrammi APPOLLO lunari 14. Nuclei planetari liquidi sono coerenti con alta energia di accrescimento nella fase iniziale della formazione dei pianeti. Successivo raffreddamento può portare alla formazione di nucleo interno solido per alcuni pianeti. Dati sismici hanno rivelato che la Terra è costituito da un nucleo esterno liquido e un solido interno. La formazione del nucleo interno ha importanti implicazioni per la dinamica del nucleo guidato da convezione termica e composizione e la generazione del campo magnetico del pianeta. Solidificazione del nucleo interno è controllata dalla temperatura di fusione dei materiali di base e l&#39;evoluzione termica del nucleo. Formazione del nucleo di pianeti terrestri condiviso percorsi di accrescimento simili e la composizione chimica dei nuclei è considerato abe dominato dal ferro con circa 10% in peso elementi leggeri quali zolfo (S), silicio (Si), ossigeno (O), carbonio (C) e idrogeno (H) 15. E &#39;essenziale avere conoscenza delle relazioni di fusione nei sistemi pertinenti al nucleo, come Fe-FeS, Fe-C, Fe-FeO, Fe-FEh e alta pressione-Fe FeSiat, al fine di comprendere la composizione i nuclei planetari. In questo studio, dimostreremo esperimenti condotti nel dispositivo multi-incudine e cella di diamante-incudine, simulando le condizioni dei nuclei planetari. Gli esperimenti forniscono informazioni sulla sequenza di cristallizzazione e elemento di partizionamento tra metallo solido e liquido, portando ad una migliore comprensione per le esigenze della cristallizzazione nucleo interno e la distribuzione degli elementi leggeri tra il nucleo interno cristallino e liquido fuori centro. Per estendere i rapporti di fusione a pressioni molto elevate, abbiamo sviluppato nuove tecniche per analizzare i campioni temprati recuperati da laser-riscaldato diamante-aesperimenti sulle cellule nvil. Con precisione FIB fresatura dello spot laser-riscaldamento, determiniamo fusione con criteri trama tempra ripreso con alta risoluzione di SEM e analisi chimica quantitativa con un rivelatore a deriva di silicio al submicron risoluzione spaziale. Qui delineare due serie di esperimenti per simulare la formazione di base planetaria da percolazione di metallica sciogliersi in matrice di silicato durante l&#39;accrescimento precoce e nucleo interno cristallizzazione successivo raffreddamento. La simulazione è volto a comprendere le due importanti processi durante l&#39;evoluzione del nucleo planetario.

<table><tbody><tr><td>Apparato multi-incudine</td><td>Laboratorio geofisico</td><td>Home Builder</td><td> </td></tr><tr><td>Cella a incudine di diamante Laboratorio</td><td>geofisico</td><td>Home Builder</td><td> </td></tr><tr><td>Sistema di riscaldamento laser</td><td>APS GSECARS</td><td>Progettato dal personale della linea</td> di <td> luce Trave trasversale</td></tr><tr><td>FIB/SEM</td><td>Carl Zeiss Ltd.</td><td>Auriga</td><td> </td></tr><tr><td>Avizo Software 3D</td><td>VSG</td><td>Fire per la scienza</td><td> </td>dei materiali</tr></tbody></table>

simulazione del planetary interior differenziazione processi in laboratorio

Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory

Un interno planetario è in condizioni di alta pressione e ad alta temperatura ed ha una struttura a strati. Ci sono due importanti processi che hanno portato a tale struttura stratificata, (1) percolazione di metallo liquido in un solido matrice di silicato dalla differenziazione pianeta, e (2) cristallizzazione nucleo interno dalla successiva pianeta raffreddamento. Noi conduciamo esperimenti ad alta pressione e ad alta temperatura per simulare entrambi i processi in laboratorio. Formazione di percolativo nucleo planetario dipende dall&#39;efficienza di percolazione melt, che è controllata dal diedro (wetting) angolo. La simulazione percolazione comprende riscaldamento del campione ad alta pressione ad una temperatura obiettivo a cui lega di ferro-zolfo è fuso mentre il silicato rimane solido e quindi determinare il vero angolo diedro di valutare lo stile di migrazione liquido in una matrice cristallina da visualizzazione 3D. Il volume rendering 3D si ottiene tagliando il campione recuperato con un raggio di ioni focalizzati (FIB) e tare SEM immagine di ogni fetta con uno strumento trave FIB / SEM. La seconda serie di esperimenti è progettata per comprendere il nucleo di cristallizzazione e elemento distribuzione interna tra il nucleo esterno liquido e solido interno determinando la temperatura di fusione e elemento di partizionamento ad alta pressione. Gli esperimenti sono condotti in fusione dell&#39;apparato multi-incudine fino a 27 GPa ed estese a più alta pressione nella cella diamante-incudine con laser-riscaldamento. Abbiamo sviluppato tecniche per recuperare i piccoli campioni riscaldati con specificità FIB fresatura e ottenere immagini ad alta risoluzione dello spot laser-riscaldata che mostrano fusione struttura ad alta pressione. Analizzando la composizione chimica del liquido coesistenti e fasi solide, abbiamo appunto determinare la curva di liquidus, fornendo i dati necessari per comprendere il processo di cristallizzazione nucleo interno.

Abbiamo condotto una serie di esperimenti usando miscele di San Carlos olivina e lega metallica Fe-FeS con diversi rapporti metallo-silicati, come materiali di partenza. Il contenuto di S del metallo è del 10% in peso S. Qui vi mostriamo alcuni risultati rappresentativi da esperimenti ad alta pressione eseguiti a 6 GPa e 1.800 ° C, con ben calibrati gruppi multi-incudine 15. Nelle condizioni sperimentali, la lega metallica Fe-FeS è completamente fuso e il silicato (San Carlos olivina) rimane cristallina. Lo s...

Gli esperimenti ad alta pressione e alta temperatura descritte qui imitano processi di differenziazione interni pianeta. I processi sono visualizzati e meglio compresi da alta risoluzione di immagini 3D e analisi chimica quantitativa.

Simulazione del Planetary Interior differenziazione processi in Laboratorio

A planetary interior is under high-pressure and high-temperature conditions and it has a layered structure. There are two important processes that led to ...

L'obiettivo generale di questa procedura è simulare il processo di differenziazione dell'interno planetario. Questo viene ottenuto innanzitutto mescolando in modo omogeneo polvere di silicato di olivina, ferro e solfuro di ferro. Il secondo passaggio consiste nel caricare la miscela in un'assemblea di cella ad alta pressione.Successivamente, il campione viene pressurizzato a sei giga pascal e riscaldato a 1.800 gradi Celsius in un dispositivo a incudini multiple. L'ultimo passaggio consiste nel recuperare il campione e prepararlo per l'acquisizione di immagini tridimensionali. Infine, l'immagine 3D viene utilizzata per visualizzare la distribuzione del silicio e del metallo fuso e determinare se il metallo liquido possa percolare attraverso il silicio cristallino formando un nucleo.Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nella scienza planetaria, come la formazione del nucleo planetario attraverso processi di percolazione. Inizia preparando i materiali per la simulazione del processo di percolazione. Nella formazione del nucleo, prepara circa un grammo di una miscela di silicato naturale, olivina e polvere di ferro metallico con il 10 percento in peso di z

simulation-planetary-interior-differentiation-processes

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Vi presentiamo una tecnica per raggiungere bassa velocità di collisioni intermedia velocità tra aggregati di polvere fragili in laboratorio. A questo scopo, due configurazioni vuoto drop-torre sono stati sviluppati che consentono velocità di collisione tra &lt;0,01 e ~ 10 m / sec. Gli eventi di collisione vengono registrati da immagini ad alta velocità.

Laboratorio di goccia Torri per la simulazione sperimentale di collisioni Dust-aggregati nel sistema solare

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.

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

Descriviamo la formazione di giardini chimici tramite esperimenti di iniezione che consentono simulazioni di laboratorio di sistemi di giardini chimici naturali che si formano presso le bocche idrotermali sottomarine.

Giardini chimici come flusso attraverso Reattori simulando naturali idrotermali Sistemi

Abbiamo simulato un sistema di risalita marino ferruginosa Precambriano in una colonna a flusso continuo verticale la produzione su scala. L'obiettivo era quello di capire come i profili geochimici di O 2 e Fe (II) evolversi come cianobatteri producono O 2. I risultati mostrano l'istituzione di un chemoclino a causa di Fe (II) l'ossidazione da parte fotosinteticamente prodotte O 2.

Simulazione Laboratorio di ferro (II) ricchi di Precambriano Marine Upwelling sistema per esplorare la crescita di batteri fotosintetici

L'analisi della morfologia, della composizione e della spaziatura delle lamelle di essoluzione può fornire informazioni essenziali per comprendere i processi geologici legati al vulcanismo e al metamorfismo. Vi presentiamo una nuova applicazione di APT per la caratterizzazione di tali lamelle e confrontiamo questo approccio con l'uso convenzionale della microscopia elettronica e della nanotomografia basata su FIB.

Analisi tomografia atomo sonda delle fasi minerali essolte

Fusioni e fluidi sono vettori onnipresenti del trasporto di massa nei sistemi naturali. Abbiamo sviluppato un pacchetto open source per analizzare le simulazioni di dinamica molecolare ab initio di tali sistemi. Calcoliamo le proprietà strutturali (legame, clusterizzazione, speciazione chimica), trasporto (diffusione, viscosità) e termodinamiche (spettro vibrazionale).

Analisi di fusioni e fluidi da Ab Initio Molecular Dynamics Simulations con il pacchetto UMD

L'obiettivo di questo protocollo è quello di formare camini idrotermali simulati tramite esperimenti di iniezione chimica da giardino e introdurre un gradiente termico attraverso la membrana precipitata inorganica, utilizzando un condensatore stampabile in 3D che può essere riprodotto per scopi educativi.

Simulazione di camini idrotermali della Terra primordiale in un ambiente a gradiente termico

Gli esperimenti di riscaldamento del suolo di laboratorio di solito impiegano due o più temperature costanti in più camere. Presentando una sofisticata camera ambientale, forniamo un metodo di controllo della temperatura accurato per imitare l'entità e l'ampiezza della temperatura del suolo in situ e migliorare la progettazione sperimentale degli studi di incubazione del suolo.

Simulazione della temperatura in un esperimento di incubazione del suolo

Abbiamo sviluppato un self-contained cella liquido, che permette l'imaging mediante liquidi usando un microscopio elettronico a trasmissione. Processi dinamici di nanoparticelle nei liquidi può essere rivelato in tempo reale con risoluzione sub-nanometrica.

Rivelare processi dinamici dei materiali in liquidi con liquido di trasmissione microscopia elettronica cellulare

Il gas prelevato da fiamme scala di laboratorio con l'analisi on-line di tutte le specie di spettrometria di massa è un potente metodo per indagare la complessa miscela di composti chimici che si verificano durante i processi di combustione. Accoppiato con sintonizzabile ionizzazione morbida con radiazione di sincrotrone vuoto ultravioletta generata, questa tecnica fornisce informazioni isomero risolta e potenzialmente privo di frammento spettri di massa.

Esperimenti di fiamma alla Advanced Light Source: nuove informazioni sui processi fuliggine Formazione

Esplora la simulazione della differenziazione degli interni planetari mediante esperimenti ad alta pressione e temperatura. Questo metodo combina imaging 3D ad alta risoluzione per visualizzare la distribuzione dei materiali.

Simulazione del Planetary Interior differenziazione processi in Laboratorio

Esplora altri video