행성 내부의 분화의 시뮬레이션 실험실에서 처리

Summary

여기에 설명 된 고압 및 고온 실험 행성 내부 분화 과정을 모방. 공정은 고해상도 3D 이미징 및 정량적 화학 분석에 의해 시각 나은 이해된다.

Abstract

유성 내부는 고압 및 고온 조건이며 적층 구조를 갖는다. 그 층 구조에지도 두 가지 중요한 프로세스, 행성의 분화에 의해 고체 규산염 매트릭스에 액체 금속 (1) 여과 및 냉각 이후의 행성 (2) 내부 코어의 결정화가 있습니다. 우리 실험실에서 두 프로세스를 시뮬레이션하기 위해 고압 및 고온 실험을 수행. percolative 행성 코어의 형성이면 각 (오줌) 각도에 의해 제어되는 용융 여과의 효율성에 따라 달라집니다. 실리케이트 고체 유지하다가 3D 시각화에 의해 결정 매트릭스에 액체 이주의 스타일을 평가하는 진정한 면각 각도를 결정하는 동안 퍼콜 시뮬레이션은 철 - 황 합금이 용융되는 목표 온도까지 높은 압력에서 시료를 가열 포함한다. 3 차원 볼륨 렌더링은 집속 이온 빔 (FIB) 및 TA로 회수 시료를 슬라이스함으로써 달성된다FIB / SEM 대들보 악기와 각 조각의 왕 SEM 이미지. 실험의 두 번째 세트는 액체 아우터 코어와 높은 압력에서 용융 온도 및 요소 분할을 결정함으로써 고체 내부 코어 사이 내핵 결정화 소자 분포를 이해할 수 있도록 설계된다. 용융 실험은 최대 27 GPa의에 멀티 모루 장치에서 실시 및 레이저 가열 다이아몬드 앤빌 셀에 높은 압력으로 확장됩니다. 우리는 정밀 FIB 밀링으로 작은 가열 된 샘플들을 복구하고 높은 압력에서 용융 감촉을 발휘 레이저 가열 된 스폿의 고해상도 이미지를 얻는 기술을 개발했다. 공존 액상 및 고체상의 화학 성분을 분석함으로써, 우리는 정확하게 내핵 결정화 과정을 이해하는 데 필요한 데이터를 제공하고, 액상 곡선을 결정한다.

Introduction

같은 지구, 금성, 화성, 수성 등 지상파 행성은 규산염 맨틀과 금속 코어로 구성된 차별화 된 천체이다. 현대 행성 형성 모델은 지상파 행성이 중력의 상호 작용을 통해 ^{1 ~ 2} km 떨어진 지점 규모 이상의 planetesimals에서 성장 문 - 투 - 화성 크기의 행성 배아의 충돌에서 형성하는 것이 좋습니다. planetesimals은 가능성이 금속 철 합금 등과 같은 ²⁶ 알, ⁶⁰ 철, 충격으로 단명 한 동위 원소의 방사성 붕괴와 같은 소스에서 기인 가열 온도를 용융에 도달하면 이미 분화 하였다 잠재적 인 에너지 ^3의 릴리스. 그것은 액체 금속은 초기 분화시 실리케이트 매트릭스를 통해 침출 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

행성 차별화 따라 효율적으로 액체 - 액체 분리를 통해 또는 고체 규산염 매트릭스의 액체 금속의 여과에 의해 수행 할 수크기와 천체의 내부 온도에. 온도가 전체 유성 본체를 용융 할 정도로 높지 않을 때 고체 실리케이트 매트릭스 내의 액체 금속의 퍼콜 가능성 초기 분화 과정 지배적이다. 퍼콜의 효율은 고체 - 고체 및 고체 - 액체 인터페이스의 계면 에너지에 의해 결정 면각 각도에 의존한다. 우리는 철 합금 및 실리케이트의 혼합물을 ....

Protocol

1. 출발 물질 및 샘플 챔버를 준비

1. 출발 물질의 두 종류, 천연 규산염 감람석 및 고체 실리케이트 매트릭스에 액체 철 합금의 퍼콜을 시뮬레이션하는 10 중량 %의 황 (4 내지 30 중량 % 범위의 금속 / 실리케이트 비율)과 금속 철 분말 (1)의 혼합물을 제조 작은 유성 본체와 유성 내핵 결정화를 결정하기위한 미세 접지 순철 및 황화철 (2) 균일 한 혼합물의 초기 코어 형성시.
2. 한 시간 마노 박격포 에탄올에서 잘 혼합 분말을 출발 물질을 분쇄하고 100 ℃에서 건조
3. 소결체의 MgO 또는 알 _2로 출발 물질을로드 O ₃ 캡슐 (전형적 직경 1.5 mm, 길이 1.5)하고 멀티 앤빌 실험 고압 셀 어셈블리에 배치.
4. 작은 샘플 실에 철 - 페스 혼합물을로드 (일반적으로 직경 100 μm의 25 & #181, 다이아몬드 앤빌 셀 레이저 가열 실험 preindented 레늄 개스킷 드릴 두께 m). 열 절연체 역할을 염화나트륨 층 사이의 철 - 페스 혼합물을 샌드위치.

2. 멀티 모루 장치의 고압과 고온 실험

1. 멀티 앤빌 고압 셀 어셈블리는 압력 매체, 단열재로서 _결정 ZrO2 소매....

Results

우리는 출발 물질로서, 산 카를로스 감람석 및 다른 금속 실리케이트 비 가진 철 - FES 금속 합금의 혼합물을 사용하여 일련의 실험을 실시했다. 금속의 S 함량이 10 중량 %가 S. 여기에 우리가 잘 보정 멀티 모루 어셈블리 ^(15)를 사용하여, 6 GPa로 1800 ° C에서 수행 고압 실험에서 몇 가지 대표적인 결과를 표시합니다. 실험 조건 하에서, 철 - FES 금속 합금이 완전히 용융 및 규산 (산 카를로스 감람석)은 결정질 남아있다. 실험의 목적은 액체 금속이 결정질 실리케이트 통하여 관류하는 방법을 검토하는 것이다. 고체 실리케이트 매트릭스로부터 액체 금속 합금의 제거 효율은 훨씬 코어 형성의 타이밍 및 맨틀 - 코어 상호 작용을 통해 코어의 조성에 영향을 미친다. 그것은 여과 임계 값이면 각 각도에 따라 달라집니다. 최소 퍼콜 레이션 역치, 상호 멜 아래 용융 분율 시료이면 각의 각도가 60 ° 이하 만 t는있을 수 있습니다. 그림 4 급냉 샘플의 3D 재건을 .......

Discussion

멀티 앤빌 실험 기술들은 잘 안정한 압력 및 실행 시간의 연장 된 기간에 대한 온도를 생성하고, 상대적으로 큰 샘플 부피를 제조, 확립된다. 그것은 특히 특정 샘플 볼륨을 필요로 같은 용융 여과 등의 실험을 위해, 행성의 내부 프로세스를 시뮬레이션 할 수있는 강력한 도구입니다. 제한은 27 텅스텐 카바이드 (WC) 앤빌 GPa로, 화성과 수성의 핵심 압력에 도달하지만 지구와 금성의 코어에 도달하기까지 너무 낮은 압력까지 달성 가능한 최대 압력이다. 달성 가능한 최대 압력은 ²⁶ 앤빌로서 팽창성 소결 다이아몬드를 사용하여 약 100 GPa로 확장 될 수있다. 우리는 소결 다이아몬드와 탄화 규소로 만들어진 저렴 새로운 모루 재료를 테스트하고 있습니다. 우리의 테스트 결과는 큰 잠재력과 효율적인 압력 발생을 보였다. 우리는 같은 키를 눌러 샘플 볼륨을 극대화하기 위해 받침대 대신에 기존의 14-mm 큐브로 25 mm 큐브를 사용이러한 수송 특성 및 고압 산업용 애플리케이션에 큰 샘플의 합성 측정 큰 샘플 볼륨을 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
다중 앤빌 장치	지구 물리학 연구소	홈 빌더
다이아몬드 앤빌 셀	지구 물리학 연구소	홈 빌더
레이저 가열 시스템	APS GSECARS	빔라인 직원이 설계한	공개 빔라인
FIB/SEM 크로스빔	Carl Zeiss Ltd.	재료
Avizo 3D 소프트웨어	VSG	Fire