Simulatie van de Planetaire Binnenlandse differentiatieprocessen in het Laboratorium

Summary

De hoge druk en hoge temperatuur experimenten beschreven nabootsen planeet interieur differentiatieprocessen. De processen worden gevisualiseerd en beter begrepen door een hoge resolutie 3D-beeldvorming en kwantitatieve chemische analyse.

Abstract

Een planetaire inrichting onder hoge druk en hoge temperatuur en heeft een gelaagde structuur. Er zijn twee belangrijke processen die tot die gelaagde structuur (1) percolatie van vloeibaar metaal in een vaste silicaat matrix van planeet differentiatie en (2) met een kern kristallisatie door daaropvolgende planeet koelen. We voeren hoge druk en hoge temperatuur experimenten beide processen simuleren in het laboratorium. Vorming van percolative planetaire kern afhankelijk van de efficiëntie van smelt percolatie, die wordt bestuurd door de tweevlakshoek (bevochtiging) hoek. Het filtratieproces simulatie omvat onder hoge druk naar een doel temperatuur waarbij ijzer-zwavel legering is gesmolten verhitten van het monster terwijl het silicaat blijft stevig en vervolgens het bepalen van de ware tweevlakshoek aan de stijl van vloeistof migratie in een kristallijne matrix van 3D-visualisatie evalueren. De 3D-volume rendering is bereikt door het snijden van de teruggewonnen monster met een focused ion beam (FIB) en takoning SEM beeld van elk sneetje met een FIB / SEM dwarsbalk instrument. De tweede reeks experimenten ontworpen om de kern kristallisatie en elementdistributie tussen de vloeibare buitenkern en vaste binnenkern door bepaling van de smelttemperatuur en element afscherming onder hoge druk begrijpen. Het smelten experimenten worden in de multi-aambeeld inrichting tot 27 GPa en uitgebreid naar hogere druk in de diamant-aambeeld cel met laser-verwarming. We hebben technieken om kleine verwarmde monsters herstellen door precisie FIB frezen en het verkrijgen van hoge-resolutie afbeeldingen van de laser-verwarmde plek die smeltende textuur vertonen onder hoge druk ontwikkeld. Door het analyseren van de chemische samenstellingen van de naast elkaar bestaande vloeibare en vaste fasen we precies bepalen liquidus kromme, levering van de benodigde gegevens aan de binnenkern kristallisatieproces begrijpen.

Introduction

Aardse planeten zoals de Aarde, Venus, Mars en Mercurius zijn gedifferentieerd planetaire lichamen bestaande uit een silicaat mantel en een metalen kern. De moderne planeetvorming model suggereert dat de aardse planeten werden gevormd uit botsingen van Moon-to-Mars-en kleinbedrijf planetaire embryo gegroeid van km-formaat of groter planetesimalen door gravitationele wisselwerkingen ^1-2. De brokstukken werden waarschijnlijk al gedifferentieerd zodra het metallisch ijzer legeringen bereikte smelttemperatuur door verhitting uit bronnen zoals radioactief verval van kortlevende isotopen zoals ²⁶ Al en ⁶⁰ Fe, impact, en het vrijkomen van po....

Protocol

1. Bereid Uitgangsmaterialen en monstercompartimenten

1. Bereid twee soorten uitgangsmaterialen, (1) een mengsel van natuurlijke silicaat olivijn en metallisch ijzer poeder met 10 gew% zwavel (metaal / silicaat verhoudingen van 4 tot 30 gew%) van percolatie van vloeibaar ijzer legering simuleren in een vaste matrix silicaat tijdens de eerste kern vorming van een kleine planetair lichaam, en (2) een homogeen mengsel van fijn geaard zuiver ijzer en ijzersulfide voor het vaststellen planetaire binnenkern kristallisatie.
2. Maal de uitgangsmaterialen fijne gemengde poeder onder ethanol in een agaat mortier gedurende een uur gedroogd bij 100 ° C.
3. ....

Results

We hebben een reeks proeven onder toepassing van mengsels van San Carlos olivijn en Fe-FeS metaallegering met verschillende metaal-silicaat verhoudingen uitgevoerd als uitgangsmaterialen. De S-gehalte van het metaal is 10 gew% S. Hier laten we een aantal representatieve resultaten van hoge-druk-experimenten uitgevoerd op 6 GPa en 1800 ° C, met behulp van goed gekalibreerde multi-aambeeld assemblages ^15. Onder de experimentele omstandigheden, de Fe-FeS metaallegering is helemaal gesmolten en de silicaat (San C.......

Discussion

De technieken voor de multi-aambeeld experimenten goed gevestigd, genereert stabiele druk en temperatuur langere looptijd en produceren relatief groot monstervolume. Het is een krachtig hulpmiddel te simuleren de inwendige processen van planeten, vooral voor experimenten, zoals smelt percolatie, dat bepaalde monstervolume vereist. De beperking is de maximaal haalbare druk, tot 27 GPa met wolfraamcarbide (WC) aambeelden, het bereiken van de kern druk van Mars en Mercurius, maar veel te lage druk om de kernen van de Aarde.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Multi-anvil apparatus	Geophysical Lab	Home Builder
Diamond-anvil cell	Geophysical Lab	Home Builder
Laser-heating system	APS GSECARS	Designed by beamline staff	Public beamline
FIB/SEM Crossbeam	Carl Zeiss Ltd.	Auriga
Avizo 3D software	VSG	Fire for materials science