Simulação do Planetary Interior Diferenciação processos laboratoriais

O objetivo geral deste procedimento é simular o processo de diferenciação do interior planetário. Isso é realizado primeiramente misturando homogeneamente silicato de olivina, pó de ferro e sulfeto de ferro. O segundo passo é carregar a mistura em um conjunto de célula de alta pressão.

Em seguida, o conjunto é pressurizado a seis gigapascal e aquecido a 1.800 graus Celsius em um dispositivo de bigorna múltipla. O passo final é recuperar a amostra e prepará-la para a imagem tridimensional. Em última análise, a imagem tridimensional é usada para visualizar a distribuição de silicone e metal fundido e determinar se o metal líquido pode percolar através do silicone cristalino para formar um núcleo.

Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na ciência planetária, como a formação de núcleos planetários por meio de percolação. Comece preparando os materiais para a simulação do processo de percolação. Na formação do núcleo, prepare cerca de um grama de uma mistura de silicato natural, olivina e pó de ferro metálico com 10 por cento em peso de enxofre em um almofariz de ágata.

Sob moagem com etanol, triture o material inicial para obter um pó homogêneo durante uma hora. Após isso, seque os materiais a 100 graus Celsius por uma hora, recupere o material seco e, quando estiverem frios, inicie os preparativos para os experimentos com bigorna múltipla. Carregue o material inicial em uma cápsula de óxido de alumínio CI, com aproximadamente 1,5 milímetro de diâmetro e 1,5 milímetro de comprimento.

Em seguida, coloque a cápsula em um conjunto de célula de alta pressão que possui um aquecedor de amostra por resistência elétrica. A célula está agora pronta para o aparelho de alta pressão com múltiplas bigornas. Monte o conjunto da célula no aparelho, pressurize a amostra até a pressão-alvo aqui, seis gigapascals com base em uma curva de calibração de pressão de ponto fixo.

Além disso, utilize o aquecedor elétrico por resistência para elevar a amostra a 1.800 graus Celsius, a temperatura desejada. Para este experimento, mantenha a pressão e a temperatura por 12 horas.

Após a conclusão do experimento, interrompa a amostra resfriando-a até a temperatura ambiente desligando a fonte de aquecimento e libere lentamente a pressão ao longo de seis horas abrindo a válvula de óleo hidráulico. Por fim, recupere o conjunto de alta pressão e realize a análise da amostra utilizando um microscópio eletrônico de varredura com feixe de íons focado. Prepare a amostra para uso no instrumento montando-a, polindo-a e revestindo sua superfície com carbono.

Em seguida, carregue-o na câmara de amostra do instrumento. Alinhe a amostra ao ponto coincidente do feixe de íons focalizado e do microscópio eletrônico de varredura a uma distância de trabalho de cinco milímetros. Realize um pré-corte na amostra para expor um volume de 15 por 20 por 20 micrômetros cúbicos.

Em seguida, continue utilizando o feixe de íons para usinar camadas com profundidade de 25 nanômetros. Após a remoção de cada camada, obtenha uma imagem de microscopia eletrônica de varredura da superfície exposta. Após a conclusão da usinagem, importe os arquivos de dados das imagens para um software de visualização e crie imagens tridimensionais para análise. Essa reconstrução tridimensional é de uma amostra rapidamente resfriada, aquecida a 1.800 graus Celsius a seis gigapascals.

O volume destacado representa ferro e fusão de sulfeto de ferro. O restante do volume é ocupado por ine. O volume é aproximadamente cinco por seis por sete micrômetros cúbicos.

A imagem mostra que os bolsões de fusão metálica foram aprisionados nos cantos dos grãos de silicato devido aos grandes ângulos diedros medidos acima de 100 graus, conforme visto aqui. Essa nova técnica de imagem fornece uma ferramenta poderosa para determinar com precisão o ângulo diedro real. Ao monitorar a mudança na distribuição da fusão através do ângulo crítico, ela pode ser usada para identificar com exatidão a transição de redes não conectadas para redes conectadas em um pequeno intervalo de composição e pressão.

O método também fornece uma medida quantitativa da fração volumétrica e da conectividade. Essas imagens 3D são da amostra resfriada com diferentes proporções de silicato metálico abaixo de uma fração volumétrica de 5%. O metal líquido forma bolsões isolados em frações volumétricas mais altas e uma rede interconectada é formada após seu desenvolvimento.

Essa técnica abre caminho para pesquisas no campo da experimentação, petrologia e ciência planetária, permitindo explorar o processo de formação do núcleo planetário por meio de simulações experimentais combinadas com visualizações.