Simulazione del Planetary Interior differenziazione processi in Laboratorio

Sommario

Gli esperimenti ad alta pressione e alta temperatura descritte qui imitano processi di differenziazione interni pianeta. I processi sono visualizzati e meglio compresi da alta risoluzione di immagini 3D e analisi chimica quantitativa.

Abstract

Un interno planetario è in condizioni di alta pressione e ad alta temperatura ed ha una struttura a strati. Ci sono due importanti processi che hanno portato a tale struttura stratificata, (1) percolazione di metallo liquido in un solido matrice di silicato dalla differenziazione pianeta, e (2) cristallizzazione nucleo interno dalla successiva pianeta raffreddamento. Noi conduciamo esperimenti ad alta pressione e ad alta temperatura per simulare entrambi i processi in laboratorio. Formazione di percolativo nucleo planetario dipende dall'efficienza di percolazione melt, che è controllata dal diedro (wetting) angolo. La simulazione percolazione comprende riscaldamento del campione ad alta pressione ad una temperatura obiettivo a cui lega di ferro-zolfo è fuso mentre il silicato rimane solido e quindi determinare il vero angolo diedro di valutare lo stile di migrazione liquido in una matrice cristallina da visualizzazione 3D. Il volume rendering 3D si ottiene tagliando il campione recuperato con un raggio di ioni focalizzati (FIB) e tare SEM immagine di ogni fetta con uno strumento trave FIB / SEM. La seconda serie di esperimenti è progettata per comprendere il nucleo di cristallizzazione e elemento distribuzione interna tra il nucleo esterno liquido e solido interno determinando la temperatura di fusione e elemento di partizionamento ad alta pressione. Gli esperimenti sono condotti in fusione dell'apparato multi-incudine fino a 27 GPa ed estese a più alta pressione nella cella diamante-incudine con laser-riscaldamento. Abbiamo sviluppato tecniche per recuperare i piccoli campioni riscaldati con specificità FIB fresatura e ottenere immagini ad alta risoluzione dello spot laser-riscaldata che mostrano fusione struttura ad alta pressione. Analizzando la composizione chimica del liquido coesistenti e fasi solide, abbiamo appunto determinare la curva di liquidus, fornendo i dati necessari per comprendere il processo di cristallizzazione nucleo interno.

Introduzione

Pianeti terrestri, come la Terra, Venere, Marte e Mercurio sono corpi planetari differenziati costituiti da un mantello di silicati e di un nucleo metallico. Il moderno modello di formazione dei pianeti suggerisce che i pianeti terrestri sono formate da collisioni di embrioni planetari Luna-to-Mars-sized cresciute da chilometri di dimensioni o più grande planetesimi attraverso le interazioni gravitazionali ^1-2. I planetesimi erano probabilmente già differenziati una volta che le leghe di ferro metalliche raggiunto temperatura di fusione a causa del riscaldamento da fonti come il decadimento radioattivo di isotopi a vita breve come ²⁶ Al ^60<....

Protocollo

1. Preparare materiali di partenza e delle Camere di esempio

1. Preparare due tipi di materiali di partenza, (1) una miscela di olivina silicato naturale e polvere di ferro metallico con 10% in peso di zolfo (metallo / rapporti silicato vanno da 4 a 30% in peso) per simulare percolazione di lega di ferro liquido in una matrice di silicato solido durante la formazione del nucleo iniziale di un piccolo corpo planetario, e (2) una miscela omogenea di ferro puro finemente a terra e solfuro di ferro per la determinazione del planetario nucleo di cristallizzazione interno.
2. Macinare i materiali di partenza per polvere fine mista sotto etanolo in un mortaio....

Risultati

Abbiamo condotto una serie di esperimenti usando miscele di San Carlos olivina e lega metallica Fe-FeS con diversi rapporti metallo-silicati, come materiali di partenza. Il contenuto di S del metallo è del 10% in peso S. Qui vi mostriamo alcuni risultati rappresentativi da esperimenti ad alta pressione eseguiti a 6 GPa e 1.800 ° C, con ben calibrati gruppi multi-incudine ^15. Nelle condizioni sperimentali, la lega metallica Fe-FeS è completamente fuso e il silicato (San Carlos olivina) rimane cristallina. Lo s.......

Discussione

Le tecniche per gli esperimenti multi-incudine sono ben stabiliti, generando pressione stabile e temperatura per un periodo di tempo di funzionamento prolungato e producendo relativamente grande volume di campione. Si tratta di un potente strumento per simulare i processi interni di pianeti, in particolare per gli esperimenti, come fusione di percolazione, che richiedono un certo volume di campione. La limitazione è la pressione massima raggiungibile, fino a 27 GPa con carburo di tungsteno (WC) incudini, raggiungendo le.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Apparato multi-incudine	Laboratorio geofisico	Home Builder
Cella a incudine di diamante Laboratorio	geofisico	Home Builder
Sistema di riscaldamento laser	APS GSECARS	Progettato dal personale della linea	luce Trave trasversale
FIB/SEM	Carl Zeiss Ltd.	Auriga
Avizo Software 3D	VSG	Fire per la scienza

di dei materiali