Моделирование Планетарного внутренних процессов дифференцировки в лаборатории

Summary

Эксперименты высокого давления и высокой температуры, описанные здесь, имитировать планеты внутренние процессы дифференциации. Процессы визуализируются и лучше понять, с высоким разрешением 3D визуализации и количественного химического анализа.

Abstract

Планетарной интерьер в условиях высокого давления и высокой температуры и он имеет слоистую структуру. Есть два важных процессов, которые привели к этой слоистой структуры, (1) просачивание жидкого металла в твердом силикатной матрице по планете дифференциации, и (2) внутренняя кристаллизация ядро ​​последующей планеты охлаждения. Мы проводим эксперименты высокого давления и высокой температуры для имитации оба процесса в лаборатории. Формирование перколяционная планетарного ядра зависит от эффективности расплава перколяции, которая контролируется диэдральной (смачивания) углом. Моделирование протекания включает нагревание образца под высоким давлением к целевой температуры, при которой сплав железо-сера расплавлена ​​в то время как силикат остается твердым, а затем определения истинного двугранный угол, чтобы оценить стиль жидкого миграции в кристаллической матрицы на 3D-визуализации. 3D-рендеринга объем достигается за счет нарезки восстановленный образец сфокусированным ионным пучком (FIB) и таКороль РЭМ изображение каждого среза с перекладине инструмента FIB / SEM. Вторая серия экспериментов предназначен понять внутренний кристаллизации и элемент основной дистрибутив между жидким внешним ядром и твердого внутреннего ядра, определяя температуру плавления и элемент перегородки при высоком давлении. Эксперименты плавления проводятся в нескольких наковальни аппарата до 27 ГПа и расширен до более высокого давления в алмазной наковальни клетки с лазерным нагревом. Мы разработали методы для восстановления небольших подогревом образцы по точности FIB фрезерования и получения изображений с высоким разрешением лазерного подогревом месте, которые показывают плавления текстуры при высоком давлении. Анализируя химический состав сосуществующих жидкой и твердой фаз, мы точно определить кривую ликвидуса, обеспечивая необходимые данные, чтобы понять процесс кристаллизации внутреннего ядра.

Introduction

Планеты земной группы, такие как Земли, Венеры, Марса и Меркурия являются дифференцированные планетные тела, состоящие из силикатного мантии и металлического ядра. Современная модель формирования планет говорит о том, что планеты земной группы были сформированы из столкновений Луны к размером с Марс зародыши планет, выращенных из км размера или больше планетезималей через гравитационных взаимодействий ^1-2. Планетезималей были всего дифференцированы уже после того, как металлические сплавы железа достиг температуры плавления при нагревании из таких источников, как радиоактивного распада короткоживущих изотопов, таких как ²⁶ Al и ⁶⁰ Fe,....

Protocol

1. Подготовка исходных материалов и отборных камер

1. Подготовка двух типов исходных материалов (1) смесь природного силиката оливина и металлического порошка железа с 10 мас% серы (металл / силикатные соотношении от 4 до 30 мас%) для имитации просачивание жидкого сплава железа в твердом силикатной матрице при начальном формировании основного небольшого планетарного тела, и (2) гомогенной смеси тонко заземленной чистого железа и сульфида железа для определения планетарной внутренний кристаллизации сердцевины.
2. Измельчите исходные материалы до тонкой порошкообразной смеси под этанола в агатовой ступке в течение одного часа и сушили при 100 ° С.
<....

Results

Мы провели серию экспериментов с использованием смеси Сан-Карлос оливина и Fe-FeS металлического сплава с различным соотношением металл-силикатных, в качестве исходных материалов. Содержание S металла 10% по массе С. Здесь показаны некоторые репрезентативные результаты экспериментов высокого давления, выполненных в 6 ГПа и 1800 ° C, с использованием хорошо калиброванные нескольких сборок наковальни ^15. В условиях эксперимента, металлический сплав Fe-FeS полностью расплавляется и силикат (Сан-Карлос-оливин) ос.......

Discussion

Методики для нескольких экспериментов наковальни хорошо известны, создавая стабильное давление и температуру в течение длительного периода времени выполнения и производить относительно большой объем образца. Это мощный инструмент для моделирования интерьера процессы планет, особенно для экспериментов, таких как перколяции расплава, которые требуют определенного объема пробы. Ограничением является максимально достижимая давления, до 27 ГПа с карбида вольфрама (WC) наковальни, достигнув основные давление Марса и Меркурия,.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Аппарат с несколькими наковальнями	Геофизическая лаборатория	Строитель
Ячейка с алмазной наковальней	Геофизическая лаборатория	Строитель
Система лазерного обогрева	APS GSECARS	Разработано персоналом по линии излучения	Общественная линия
излучения FIB/SEM Crossbeam	Carl Zeiss Ltd.	Аурига
Авизо 3D программа	VSG	Fire для материаловедения