Name: Partitioning Metal-silicato em alta pressão e temperatura: Métodos experimentais e um protocolo para suprimir Altamente sidérophile Elemento Inclusões (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 50 s
Description: Aprenda a determinar a partição metal-silicato de elementos altamente sidérfilos em altas pressões e temperaturas. Este método experimental suprime inclusões metálicas para análises geoquímicas precisas em ciência planetária.

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Este trabalho foi apoiado pelas Ciências Naturais e Council of Canada Equipamento, Descoberta e Discovery Accelerator Grants Pesquisa de Engenharia adjudicados a JMBNRB reconhece o apoio da Carnegie Institution of Washington programa de bolsas de pós-doutoramento. Stephen Elardo também é agradeceu por sua assistência antes de filmar com a imprensa pistão-cilindro no Laboratório de Geofísica.

Os autores não têm nada a revelar.

Os resultados dos experimentos livres de inclusão realizadas utilizando os protocolos descritos aqui foram previamente comparados com os dados da literatura em referências 29 (Os, IR, Au), 30 (Re, Au) e 31 (Pt). Pt é mais instrutivo para demonstrar a utilidade de run-livre de produtos de inclusão. Para as experiências executadas a baixa f ó 2, Ertel et ai. 48 inclusões atribuído a uma origem estável e, portanto, redução de dados restrita para a reg...

Acreção terrestre é pensado para ter ocorrido como uma série de colisões entre planetesimais com uma composição de massa condritos, que termina numa fase de gigante impacto pensou responsável pela formação de lua 1,2. Aquecimento da terra proto-o por impactos e o decaimento de isótopos de vida curta é suficiente para provocar a fusão e a grande formação de um magma oceano ou lagoas através do qual densa rica em Fe metálicos fundidos podia descer. Ao alcançar a base do oceano de magma, fundidos metálicos encontrar um limite reológico, tenda, e submeter-se o equilíbrio de silicato de metal final antes de, eventualmente, descendo através do manto sólido para o núcleo 2 em crescimento. A eventual comunicação química entre o metal e as fases de silicato como material metálico fundido atravessa a parte sólida do manto é pensado para ser impedido devido ao tamanho grande e rápida descida de diapirs de metal 3. Esta diferenciação primária da Terra em um núcleo metálico e mant silicatole é revelado hoje por ambas as observações geofísicas e geoquímicas 4-6. Interpretação destas observações para proporcionar condições plausíveis para o equilíbrio de silicato de metal na base de um oceano de magma, no entanto, requer uma base de dados adequada dos resultados experimentais. O manto superior primitivo (PUM) é um reservatório hipotético compreendendo o resíduo de silicato de formação de núcleo e sua composição reflete, portanto, o comportamento de elementos traço durante equilíbrio silicato-metal. Oligoelementos são distribuídos entre o metal eo silicato derrete durante a segregação núcleo com base na sua afinidade geoquímica. A magnitude de uma preferência de elementos para a fase de metal pode ser descrita pelo coeficiente de partição de metal-silicato <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq1.jpg" /><img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq2.jpg" /> (1) Onde <img alt="Equação 3" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq3.jpg" /> e <img alt="Equação 4" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq4.jpg" /> denota a concentração do elemento i, em metal e silicato de derreter respectivamente. Valores de <img alt="Equação 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> &gt; 1 indicam siderophile comportamento (-loving de ferro) e aqueles &lt;1 lithophile (-loving rock) comportamento. Estimativas da composição mostra PUM que sidérophile elementos estão esgotados em relação ao chondrites 7, geralmente consideradas como representativas da composição química da Terra 6,8. Este esgotamento é devido ao sequestro de elementos siderófilos pelo núcleo, e por elementos refractários sua magnitude deve refletir diretamente os valores de <img alt="Equação 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> . Experimentos em laboratório, portanto, procurar para determinar os valores de <img alt="Equação 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> ao longo de um raESL de pressão (P), a temperatura (T) e fugacidade oxigénio (O2 f) condições que são relevantes para a segregação de metal a partir da base de um oceano de magma. Os resultados destas experiências pode então ser usada para delinear as regiões de P - t - f O2 espaço que são compatíveis com a abundância de PUM de múltiplos elementos siderófilos (por exemplo, 9-11). As altas pressões e temperaturas relevantes para um cenário de oceano de magma pode ser recriada em laboratório usando um pistão-cilindro ou prensa multi-bigorna. O aparelho de embolo-cilindro permite o acesso a uma pressão moderada (~ 2 GPa) e temperatura elevada (~ 2573 K) condições, mas permite que grandes volumes de amostra e uma variedade de materiais de cápsula que será utilizada facilmente. A taxa de arrefecimento rápido também permite a têmpera de uma gama de composições de fusão de silicato para um copo, simplificando assim a interpretação textural dos subprodutos de execução.O aparelho multi-bigorna emprega tipicamente volumes de amostras menores, mas com desenhos de montagem adequados podem atingir pressões de até ~ 27 GPa e temperaturas de ~ 3.000 K. O uso desses métodos tem permitido particionamento de dados para muitos dos moderadamente e levemente siderófilos elementos para ser reuniu mais de uma grande variedade de P - condições T. As previsões da composição PUM com base nesses dados sugerem equilíbrio silicato de metal ocorreu em condições médias de pressão e temperatura em excesso de ~ 29 GPa e 3000 K, respectivamente, embora os valores exactos dependem modelo. A fim de explicar a abundância de elementos sensíveis à PUM certo redox (por exemplo, V, Cr) a f O 2 também é pensado para evoluir durante acréscimo de ~ 4-2 unidades log abaixo desse imposto pela co-existente de ferro e wustite (FeO ) em condições PT equivalentes (o tampão de ferro wustite) 12. Apesar da abundância de PUM mquaisquer elementos siderófilos pode ser explicada pelo equilíbrio silicato de metal na base de um oceano de magma profundo, revelou-se difícil avaliar se esta situação também se aplica aos elementos mais altamente siderophile (HSES). A extrema afinidade dos HSES para o ferro em metal indicado pela baixa pressão (P ~ 0.1 MPa) e temperatura (T &lt;1.673 K) experimentos sugere o silicato de terra deve ser fortemente empobrecido nestes elementos. As estimativas do teor de SMS para PUM, no entanto, indicam apenas uma moderada depleção em relação ao condrito (Figura 1). Uma solução comumente posta ao excesso HSE aparente é que a Terra experimentou um fim de acreção de material condritos subseqüente ao core-formação 13. Este material late-acrescidos teria misturado com o PUM e concentrações elevadas de SMS, mas teve um efeito insignificante sobre os elementos mais abundantes. Alternativamente, foi sugerido que a natureza extremamente siderophile de HSES indicado por baixo P </em&gt; - Experimentos T não persiste para as altas condições PT presentes durante core-formação 14,15. A fim de testar estas hipóteses, as experiências devem ser realizados para determinar a solubilidade e de metal-silicato de particionamento HSES em condições adequadas. Contaminação da parte de silicato de subprodutos funcionamento extinta em muitos estudos anteriores no entanto, tem complicado a análise do produto run e obscureceram os verdadeiros coeficientes de partição para HSES entre o metal eo derrete silicato. Em experiências de separação onde os HSES estão presentes em níveis de concentração adequadas para a natureza, a preferência extremo destes elementos de metal de Fe-impede a sua medição na massa fundida de silicato. Para contornar este problema, as medições de solubilidade são feitas em que o silicato de fusão está saturado na HSE de interesse e os valores de <img alt="Equação 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> são calculados utilizando o formalismo de Borisov etal. 16. Subprodutos executados silicato extinta a partir de experimentos de solubilidade de SMS realizadas em condições de redução, no entanto, muitas vezes exibem evidência de contaminação por disperso HSE ± Fe inclusões 17. Apesar de a quase omnipresença destas inclusões em baixo f O 2 experimentos contendo Pt, Ir, Os, Re e Ru, (por exemplo, 18 - 27), existe uma variabilidade notável entre os estudos em sua apresentação textural; comparar, por exemplo, faz referência 22 e 26. Embora tenha sido demonstrado que as inclusões podem formar uma fase que são estáveis ​​nas condições de execução de uma experiência 28, isto não exclui a formação de inclusões que a amostra é temperada. A incerteza que rodeia a origem de inclusões torna o tratamento dos resultados analíticos difícil, e levou a ambiguidade sobre a verdadeira solubilidade reduzida em HSES silicato derrete. Run-livre de produtos de inclusão são necessários para avaliarque estudos têm adotado uma abordagem analítica que produz concentrações HSE dissolvidos precisos. Um progresso considerável na supressão da formação de inclusões de metal-em condições redutoras foi agora demonstrada em experiências que utilizam um aparelho de embolo-cilindro, em que o desenho da amostra foi alterada a partir de estudos anteriores por adição ou Au ou Si para os materiais de partida 29-31. A adição de Si elementar ou Au para os materiais de partida alteram a evolução geometria da amostra ou f S 2 da experiência, respectivamente. Estes métodos destinam-se a suprimir a formação de inclusões de metal através da alteração da temporização da HSE na contra-difusão redução amostra, e são discutidos em Bennett et ai. 31. Ao contrário de algumas tentativas anteriores para limpar a fusão de silicato de inclusões, tais como equilíbrio assistida mecanicamente eo pistão-cilindro centrifugação, o presente protocolo pode ser implementado sem appar especializadaatus e é adequado para experimentos de alta PT. Descrito em pormenor aqui é uma abordagem baseada êmbolo-cilindro para determinar a solubilidade de Re, Os, Ir, Ru, Pt e Au, em massa fundida de silicato a alta temperatura (&gt; 1873 K), 2 GPa e uma f ó 2 semelhante ao da o buffer de-ferro wustite. Aplicação de um projeto experimental semelhante pode também ser bem sucedida em experimentos de SMS em outras pressões, fornecendo as relações de fase necessários, molhando propriedades e relacionamentos cinéticos persistem as condições escolhidas. Os dados existentes no entanto, são insuficientes para prever se a nossa concepção da amostra será bem sucedida a pressões correspondentes a um oceano de magma profundo. Também é delineada uma abordagem geral utilizada para determinar elemento moderadamente e levemente siderophile (MSE e SSE respectivamente) particionamento usando um dispositivo multi-bigorna. Extensão do conjunto de dados livre de inclusão para HSES a alta pressão é susceptível de empregar métodos multi-bigorna semelhantes. Trajeséter, estes procedimentos proporcionam um meio para limitar tanto as condições de núcleo-segregação e as fases de acreção terrestre.

<table><tbody><tr><td>G10 Epóxi/Folha de Fibra de Vidro</td><td>Accurate plastics, Inc.</td><td>GEES.020N.3648</td><td></td></tr><tr><td>Materiais de partida em pó- -Óxidos, metais, carbonatos</td><td>Alfa Aesar</td><td>Específico para o experimento</td><td></td>desejado</tr><tr><td>Cerâmica MgO de 2 partes</td><td>Aremco</td><td>Ceramcast - Lubrificante Seco de PTFE 584</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Camie-Campbell</td><td>2000 TFE-Coat</td><td></td></tr><tr><td>Aquecedores de resistência de grafite</td><td>Carbone of America (Agora propriedade da Mersen USA)</td><td>Pedido personalizado</td><td></td></tr><tr><td>Carbonato de bário</td><td>produtos químicos Corporation</td><td>Pedido personalizado</td><td>Calcinado de fluxo livre (CFF) grau</td></tr><tr><td>C-Tipo Thermocouple Wire (W26%Re, W5%Re)</td><td>Concept Alloys</td><td></td><td>~0.25 mm de diâmetro é adequado para a maioria dos experimentos</td></tr><tr><td>Cimento de zircônia</td><td>Cotronics; Cimento de 2 partes Resbond 940</td><td>Use 100 partes de pó para cada 25 a 28 partes ativador</td>Cola de acetato de polivinila (PVA), por exemplo, Bostik Frequentemente vendido como 'cola branca'Cola de cianoacrilato, por exemplo, Krazy Glue/Loctite Pistão cilindro vaso de pressão e pistão WC Ferramenta de carboneto de alta qualidade Inc.<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>Tubo</td> de vidro de sílica de pedido <td></td>personalizado</tr><tr><td>Quartzo</td><td>Plus</td><td>Pedido</td><td></td>personalizado</tr><tr><td>Tubos de ZrO2</td><td>Saint-Gobain</td><td>Pedido</td><td></td>personalizado</tr><tr><td>Hastes e tubos de MgO esmagáveis Cubos</td> de WC de <td>pedido</td><td></td>personalizado <td>Saint-Gobain</td></tr><tr><td>para experimentos de bigorna múltipla Os</td> cubos de <td>pedido personalizado</td><td>Tungaloy</td><td>são de liga</td></tr> <tr><td>de WC de grau FTubo de alumina de furo único para termopar multi-bigorna</td><td>Vesuvius McDanel</td><td>AXS071730-04-06</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de alumina de 4 furos para termopar de cilindro de pistão</td><td>Vesuvius McDanel</td><td>AXF1159--07-12&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de alumina de 4 furos para termopar multibigorna</td><td>Vesúvio McDanel</td><td>AXF1159-04-06</td><td></td></tr></tbody></table>

partitioning metal-silicato em alta pressão e temperatura: métodos experimentais e um protocolo para suprimir altamente sidérophile elemento inclusões

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

Estimativas da composição do manto superior primitivo (PUM) revelam um esgotamento em muitos dos elementos siderófilos (amantes do ferro), que se acredita resultar de sua extração para o núcleo durante a acreção terrestre. Experimentos para investigar a partição desses elementos entre fundidos de metal e silicato sugerem que a composição do PUM é mais bem combinada se o equilíbrio metal-silicato ocorreu em altas pressões e temperaturas, em um ambiente oceânico de magma profundo. O comportamento dos elementos mais siderófilos (HSEs) durante esse processo, no entanto, permaneceu enigmático. Os produtos de silicato de experimentos de solubilidade de HSE são comumente contaminados por inclusões metálicas dispersas que dificultam a medição das concentrações de elementos no fundido. A incerteza resultante sobre a verdadeira solubilidade e partição de silicato metálico desses elementos tornou difícil prever sua depleção esperada em PUM. Recentemente, vários estudos têm empregado mudanças no planejamento experimental usado para experimentos de solubilidade em alta pressão e temperatura, a fim de suprimir a formação de inclusões metálicas. A adição de Au (experimentos Re, Os, Ir, Ru) ou Si elementar (experimentos Pt) à amostra atua para alterar a geometria ou a taxa de redução da amostra, respectivamente, a fim de evitar a supersaturação transitória do metal do silicato fundido. Esta contribuição descreve os procedimentos para o uso do aparelho pistão-cilindro e multi-bigorna para conduzir experimentos de solubilidade e partição de metal-silicato, respectivamente. Um protocolo também é descrito para a síntese de produtos não contaminados a partir de experimentos de solubilidade de HSE nos quais a fugacidade do oxigênio é semelhante à da formação do núcleo terrestre. Os espectros de LA-ICP-MS resolvidos no tempo são apresentados como evidência da ausência de inclusões de metais em produtos de execução de estudos anteriores e também confirmam que a técnica pode ser estendida para investigar Ru. Também são dados exemplos de como esses dados podem ser aplicados.

Os exemplos a seguir e centrar o debate sobre experimentos para determinar HSE solubilidade em silicato funde a baixa f O 2. Para obter exemplos detalhados de como MSE e particionamento de dados SSE a partir de experimentos multi-bigorna pode ser usado para restringir o P - T - f O 2 condições de segregação de metal core, o leitor é remetido para referências. 9 - 11 Figura 7B-D mostra de volta imagens de elétrons dispersadas de subprod...

Apresentamos um procedimento para determinar a partição metal-silicato de elementos siderófilos, enfatizando técnicas que suprimem a formação de inclusões metálicas em experimentos para os metais nobres. Os resultados desses experimentos são usados para demonstrar o efeito da formação do núcleo na composição de elementos altamente siderófilos do manto.

Partitioning Metal-silicato em alta pressão e temperatura: Métodos experimentais e um protocolo para suprimir Altamente sidérophile Elemento Inclusões

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

O objetivo geral deste procedimento é determinar a partição de elementos altamente cphi entre fusíveis metálicos e fusíveis de silicone. Isso é realizado primeiramente preparando um fusível sintético de silicone e um material inicial metálico. Os elementos altamente acidófilos são introduzidos como microesferas revestidas com ouro ou misturas centradas de platina, irídio e ferro, separando fisicamente os HSCs dos fusíveis de silicone ou introduzindo um agente redutor forte.A formação de ligas metálicas que complicam a análise química pode ser evitada. O segundo passo é carregar uma cápsula de grafite primeiro com o metal e depois com os materiais silicatados iniciais, de modo que fiquem em uma disposição gravitacionalmente estável. Em seguida, monte completamente os componentes da amostra e carregue-os no cilindro de pistão ou no aparelho de bigorna múltipla, conforme apropriado.O passo final consiste em comprimir a amostra e, após tempo suficiente para atingir o equilíbrio, aquecê-la até a temperatura desejada; em seguida, a amostra é resfriada rapidamente por interrupção da alimentação elétrica do aquecedor por resistência. Por fim, utiliza-se espectrometria de massa com plasma a

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