Introduction
Acreción Terrestre se cree que han ocurrido como una serie de colisiones entre planetesimales con una composición mayor condrítico, que termina en una fase de gigante impacto cree responsable de la formación de la Luna 1,2. El calentamiento de la proto-Tierra por impactos y la desintegración de los isótopos de vida corta era suficiente para causar una amplia fusión y la formación de un océano de magma o estanques a través del cual densa Fe-ricos se derrite metálicos podrían descender. Al llegar a la base del océano de magma, masas fundidas metálicas encuentran con un límite reológico, parada, y se someten a equilibrio de silicato de metal final antes de eventualmente descendente a través del manto sólido a la creciente núcleo 2. Además la comunicación química entre el metal y las fases de silicato como fusión metálica atraviesa la parte sólida del manto se cree que está excluida debido al gran tamaño y rápido descenso de diapiros metálicos 3. Esta diferenciación primaria de la Tierra en un núcleo metálico y mant silicatole es revelado hoy por ambas observaciones geofísicas y geoquímicas 4-6. Interpretación de estas observaciones para producir condiciones plausibles para el equilibrio-silicato de metal en la base de un océano de magma, sin embargo, requiere una base de datos adecuada de los resultados experimentales.
El manto superior primitiva (PUM) es un depósito hipotético que comprende el residuo de silicato de formación de núcleo y su composición, por tanto, refleja el comportamiento de los elementos traza en el equilibrio de metal-silicato. Los elementos traza se distribuyen entre el metal y el silicato se derrite durante la segregación núcleo sobre la base de su afinidad geoquímica. La magnitud de una preferencia elementos para la fase de metal puede ser descrita por el coeficiente de partición de metal-silicato 
(1)
Dónde 
y 
denotan la concentración del elemento i en metal y silicato derrito respectivamente. Los valores de 
> 1 indican siderophile comportamiento (hierro amante) y los <1 lithophile (rock amante) comportamiento. Las estimaciones de la composición espectáculo PUM que sidérophile elementos se agotan en relación con las condritas 7, normalmente considerados como representativos de la composición mayor de la Tierra 6,8. Este agotamiento es debido al secuestro de elementos siderófilos por el núcleo, y por elementos refractarios su magnitud debe reflejar directamente valores de . Por lo tanto, los experimentos de laboratorio tratan de determinar los valores de durante un raESN de la presión (P), temperatura (T) y la fugacidad de oxígeno (O 2 f) las condiciones que son relevantes para la segregación de metal de la base de un océano de magma. Los resultados de estos experimentos pueden usarse entonces para delinear las regiones de P - T - f O 2 espacio que son compatibles con la abundancia PUM de múltiples elementos siderófilos (por ejemplo, 9-11).
Las altas presiones y temperaturas correspondientes a un escenario océano de magma se puede recrear en el laboratorio utilizando un pistón de cilindro o de prensa multi-yunque. El aparato de cilindro y pistón proporciona acceso a las condiciones de presión moderada (~ 2 GPa) y alta temperatura (~ 2573 K), pero permite que grandes volúmenes de muestra y una variedad de materiales de cápsula para ser utilizado fácilmente. La tasa de enfriamiento rápido también permite extinción de una gama de composiciones de fusión de silicato a un vaso, lo que simplifica la interpretación de textura de los run-productos.El aparato multi-yunque emplea normalmente volúmenes de muestra más pequeños pero con diseños de montaje adecuados puede alcanzar presiones de hasta ~ 27 GPa y temperaturas de ~ 3000 K. El uso de estos métodos ha permitido que los datos de partición para muchos de los moderadamente y ligeramente siderófilos elementos sean reunidos en una gran gama de P - condiciones T. Las predicciones de la composición PUM basado en estos datos sugieren equilibrio de silicato de metal ocurrió a las condiciones de presión y temperatura promedio en exceso de ~ 29 GPa y 3000 K, respectivamente, aunque los valores exactos dependen del modelo. Con el fin de dar cuenta de la abundancia de elementos sensibles PUM cierta redox (por ejemplo, V, Cr) el 2 también se cree que evolucionar durante la acreción de ~ 4 a 2 unidades logarítmicas por debajo de la impuesta por co-existente hierro y wüstite f O (FeO ) en condiciones PT equivalentes (el tampón de hierro wüstite) 12.
Aunque la abundancia de PUM mcualquier elemento siderófilos pueden explicarse por el equilibrio de metal de silicato en la base de un océano de magma profundo, ha resultado difícil evaluar si esta situación también se aplica a los elementos más altamente siderophile (HSE). La afinidad extrema de los HSE para el hierro metálico indicado por baja presión (P ~ 0,1 MPa) y la temperatura (T <1673 K) experimentos sugiere la tierra de silicato debe ser fuertemente empobrecido en estos elementos. Las estimaciones sobre el contenido de HSE para PUM, sin embargo, sólo indican una disminución moderada con respecto a condrita (Figura 1). Una solución comúnmente postulado al exceso HSE evidente es que la Tierra experimentó una tarde-acreción de material condrítico posterior al núcleo de formación de 13. Este material-acretado tarde habría mezclado con el PUM y elevadas concentraciones de HSE, pero tenía un efecto insignificante sobre los elementos más abundantes. Alternativamente, se ha sugerido que la naturaleza extremadamente siderophile de HSE indicado por P baja T no persisten las altas condiciones PT presentes durante núcleo de formación de 14,15. Con el fin de probar estas hipótesis, los experimentos deben llevarse a cabo para determinar la solubilidad y metal-silicato de partición de HSE en condiciones apropiadas. La contaminación de la parte de silicato de encontronazos productos templados en muchos estudios previos sin embargo, ha complicado el análisis previo del producto y oscurecido los verdaderos coeficientes de reparto de HSE entre metal y se derrite silicato.
En experimentos de partición, donde los HSE están presentes a niveles de concentración apropiados a la naturaleza, el extremo preferencia de estos elementos para Fe-metálico impide su medición en la masa fundida de silicato. Para sortear este problema, se realizan mediciones de solubilidad en el que la masa fundida de silicato está saturado en el HSE de interés y los valores de se calculan utilizando el formalismo de Borisov etal., 16. Silicato Templado ejecutar subproductos de experimentos de solubilidad HSE realizadas en condiciones de reducción, sin embargo, a menudo muestran evidencia de contaminación por dispersa HSE ± Fe inclusiones 17. A pesar de la ubicuidad cerca de estas inclusiones en bajo f O 2 experimentos que contienen Pt, Ir, Os, Re y Ru, (por ejemplo, 18 - 27), no es notable variabilidad entre los estudios en su presentación de textura; comparar, por ejemplo, hace referencia a 22 y 26. Aunque se ha demostrado que las inclusiones pueden formar que son una fase estable a las condiciones de ejecución de un experimento 28, esto no impide la formación de inclusiones como se extingue la muestra. La incertidumbre que rodea el origen de inclusiones hace que el tratamiento de los resultados analíticos difícil, y ha dado lugar a la ambigüedad sobre la verdadera solubilidad de HSE en la reducción de silicato se derrita. Run-productos-de inclusión gratuita son necesarios para evaluarque los estudios han adoptado un enfoque analítico que produce concentraciones de HSE disueltos precisos. Un progreso considerable en la supresión de la formación de metal-inclusiones en condiciones reductoras ahora se ha demostrado en experimentos que utilizan un aparato de pistón-cilindro, en el que el diseño de la muestra fue modificado a partir de estudios anteriores, ya sea mediante la adición de Au o Si a los materiales de partida 29-31. La adición de Au o elemental Si a los materiales de partida altera la geometría de la muestra o f O 2 evolución del experimento respectivamente. Estos métodos están destinados a suprimir la formación de la inclusión de metal mediante la alteración de la temporización de HSE in-difusión versus la reducción de la muestra, y se discuten en Bennett et al. 31. A diferencia de algunos intentos anteriores para limpiar la masa fundida de silicato de inclusiones, tales como equilibración asistida mecánicamente y la centrifugación de pistón-cilindro, el presente protocolo puede implementarse sin appar especializadoATUS y es adecuado para experimentos de alta PT.
Descrito en detalle aquí es un enfoque basado en pistón-cilindro para determinar la solubilidad de Re, Os, Ir, Ru, Pt y Au en masa fundida de silicato a alta temperatura (> 1873 K), 2 GPa y un f O 2 similar a la de el tampón de hierro wüstite. Aplicación de un diseño experimental similar también puede resultar exitosa en experimentos de HSE en otras presiones, proporcionando las relaciones de fase requeridos, humectantes y relaciones cinéticas persistir las condiciones elegidas. Sin embargo los datos existentes no son suficientes para predecir si nuestro diseño de la muestra tendrá éxito a presiones correspondientes a un océano de magma profundo. También se indica es un enfoque general que se utiliza para determinar el elemento siderophile moderada y ligeramente (MSE y SSE respectivamente) partición utilizando un dispositivo multi-yunque. Ampliación del conjunto de datos inclusión libre para HSE a alta presión es probable que el empleo de métodos múltiples yunque similares. Togéter, estos procedimientos proporcionan un medio para limitar tanto las condiciones de core-segregación y las etapas de acreción terrestre.
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Protocol
1) Preparación del material de partida
- Sintético Basalto
Nota: Una composición basáltica se utiliza como el silicato de material de partida en forma de composiciones más despolimerizados, aunque más relevantes para un escenario océano de magma, son difíciles o imposibles de saciar a un vaso en pistón-cilindro y experimentos multi-yunque.- Pesar las cantidades deseadas de óxido o carbonato de componente (Ca y Na) polvos, con la excepción de Fe, y añadir a un mortero de ágata (véase el ejemplo en la Tabla 1). Una mezcla de Fe-libre que pesa ~ 4 g debe proporcionar el material de partida suficiente para un amplio conjunto de experimentos.
- Añadir etanol al mortero de ágata hasta que los polvos se sumergieron luego moler durante al menos 2 horas utilizando un mortero de ágata para homogeneizar tanto el tamaño de grano y composición de la mezcla.
Nota: La homogeneidad de las composiciones de tierra de partida se puede comprobar mediante el examen de un pellet de prensado de la mezcla en polvo con un micrófono electrónico de barridoroscope equipado para análisis composicional por espectroscopia de rayos X de energía dispersiva. - Una vez bien homogeneizada, colocar el mortero bajo una lámpara de calor 250 W, a una distancia de ~ 20 cm. Después de la mezcla de polvo seco, que puede tardar 20-60 minutos, la transferencia a cualquiera de una alúmina o mullita (un aluminosilicato) crisol.
- Para decarbonate la mezcla, colocar el crisol con la mezcla en polvo en un horno de caja a temperatura ambiente y la rampa a 1273 K durante el transcurso de 3-5 horas. Deje la mezcla en el horno a 1273 KO / N.
- Retire la mezcla descarbonatada del horno de caja y deje que se enfríe a temperatura ambiente. Una vez frío, pesar y añadir a la mezcla de hierro, ya sea como FeO o Fe 2 O 3 en polvo (ver Tabla 1). Variando la relación de FeO a Fe 2 O 3 mientras se mantiene el contenido total de Fe de la misma permite que el final de f O 2 de la muestra a ser cambiado. Para acceder a más condiciones reductoras, y en todos los experimentos para investigar Pt, añadir también ~ 0,5-2,0% en peso de Si a la mezcla. Una vez Fe (± Si) se ha añadido, re-homogeneizar la mezcla de nuevo por molienda bajo etanol con un mortero de ágata y mano de mortero.
- Secar la mezcla homogeneizada bajo una lámpara de calor y luego transferirlo a un shell vial. Almacenar en un desecador hasta que esté listo para cargar la cápsula de muestras.
- Fase Metálico: Re, Os, Ir, Ru Experimentos
- Para los experimentos destinados a investigar Re, Os, Ir o Ru, preparar un 3: 1 en peso (6: 1 para Ru, para dar cuenta de la diferencia de masa atómica) mezcla de Au y el HSE de su interés, utilizando polvos metálicos de alta pureza . Una mezcla de pesaje ~ 500 mg debe proporcionar material de partida suficiente para un amplio conjunto de experimentos.
- Transfiera la mezcla en un crisol de grafito y cubrir con una tapa de grafito. A continuación, coloque el crisol cubierto en un horno de caja a una temperatura de 1473 K para ~ 5 min. Una vez retirado del horno, dejar la tapa del crisol en su lugar hasta que el conjunto tiene coollevado a RT.
PRECAUCIÓN: Calefacción de osmio en el aire puede resultar en la formación de la tóxico tetróxido de osmio compuesto. Osmio metal es también un irritante de la piel conocida, ver MSDS para CAS # 7440-04-2.
Nota: Este proceso se funde la (punto de fusión ~ 1337 K) Au pero no el HSE de acompañamiento, lo que resulta en la formación de un cordón metálico donde el HSE de interés está rodeado por una corteza de Au. - Retire el cordón metálico desde el crisol de grafito y el uso de una hoja de afeitar para dividir en trozos más pequeños que miden ~ 1 mm en su dimensión más larga. Una vez cortada, coloque las bolas en un shell vial y guárdelo en un desecador.
- Fase Metálico: Experimentos Pt
Nota: Los experimentos para investigar Pt no se puede realizar utilizando la técnica de bola recubierta-Au debido a la miscibilidad completa de Pt y Au a alta temperatura (> 2042 K a 0,1 MPa 32). Esto se opone a una geometría de la muestra mediante el cual Pt está físicamente separada de la masa fundida de silicato durante un experimento por una cortezade Au.- Mezclar los polvos metálicos de Pt e Ir en una proporción de 1: 1 en peso para hacer un total de ~ 500 mg de mezcla. A continuación, añadir ~ 20 mg de polvo de Fe metálico de manera que comprende Fe ~ 4 por ciento en peso de la mezcla total.
- Tape un taladro limpio blanco (alternativamente, el vástago de un taladro puede ser utilizado en lugar de un taladro en blanco) para el borde de un banco de trabajo de modo que sobresale ~ 3 mm desde el tablero de la mesa. Colocar un tubo de vidrio de sílice, con un diámetro interno de ~ 2-3 mm y el diámetro externo de ~ 4-6 mm, en el extremo que sobresale de la pieza en bruto de taladro.
- Coloque la mezcla PtIrFe en el tubo de vidrio e insertar otro blanco de perforación por encima de ella. Ambos espacios en blanco de perforación deben tener un diámetro no mayor de 0,1 mm menor que el diámetro interior del tubo de vidrio de sílice. Fría-prensa la mezcla metálica empujando los espacios en blanco de perforación junto con la mano (Figura 2).
PRECAUCIÓN: El uso excesivo de la fuerza durante la etapa de prensado en frío puede causar que el vidrio de sílice se rompa). - Ponga los polvos prensados en frío, todavía dentro del tubo de vidrio de sílice, en un crisol de alúmina y suspender en la porción fresca de un horno de tubo vertical de gas mezclado. Aumentar la temperatura del horno a 1.673 K y el uso de CO-CO 2 mezclas de gases, establezca el horno f O 2 a un valor cercano a la memoria intermedia de hierro wüstite.
Nota: A la presión ambiente y 1673 K, el búfer de hierro wüstite corresponde a una f O 2 de 1,93 x 10 -10 Pa 33. La relación entre CO-CO 2 relación de mezcla, temperatura y f O 2 se puede encontrar en la referencia 34. Para el buffer de hierro wüstite a 1673 K usar una mezcla de gases que comprende 22,25% en volumen de CO 2 y el 77,75% en volumen de CO.- Una vez que la temperatura y f O2 deseada se alcanzan, baje el crisol de alúmina de modo que reside en la zona caliente del horno y dejar O / N para los polvos prensados para recocer.
- Retire el CRUCble y apretó los polvos del horno de gas de mezcla y deje que se enfríen. Si el tubo de vidrio de sílice sigue intacta, utilice una pieza en bruto de taladro para empujar el polvo recocido fuera del tubo. El uso de cortadores de alambre, romper el polvo recocido en trozos lo suficientemente pequeños como para caber dentro de la cápsula muestra elegida para el experimento.
- Transfiera las piezas metálicas a un shell vial y guárdelo en un desecador hasta que sea necesario.
- Fase metálico: Los experimentos multi-yunque
- Para los experimentos para determinar la compartimentación de los elementos moderadamente y ligeramente siderófilos, mezclar el polvo de basalto sintético con polvo de Fe de metal en proporciones iguales.
Nota: Una parte de la Fe se puede añadir como una aleación de Fe-Si, típicamente de manera que comprende Si <8% en peso de la fracción metálica. Esto asegurará que el f experimental O2 sigue siendo baja. - Añadir los oligoelementos elegidos como polvos de óxido metálico al basalto plus de metal mezcla. Homogeneizar el material de partida por grncontrar bajo etanol con un mortero de ágata y una maja. La cantidad exacta de oligoelementos añadidos dependerá del elemento siendo investigado, sin embargo, las concentraciones nominales de varios miles de ppm a 2% en peso son típicas 10,35.
- Una vez homogeneizada, se seca el material de partida en polvo bajo una lámpara de calor, transferirlo a un shell vial luego guárdelo en un desecador hasta que se necesite.
- Para los experimentos para determinar la compartimentación de los elementos moderadamente y ligeramente siderófilos, mezclar el polvo de basalto sintético con polvo de Fe de metal en proporciones iguales.
2. Preparación de los componentes de la Asamblea
- Cilindro Pistón
Nota: El conjunto de cilindro de pistón consiste en una cápsula de grafito que se apoya en el punto caliente de un calentador de resistencia de grafito con piezas de magnesia triturables. Una alúmina enfundados termopar está posicionado axialmente a través de la porción superior del conjunto para controlar la temperatura en la parte superior de la muestra. El horno está entonces rodeada por BaCO 3 células que actúan como tanto un medio de presión y aislante térmico 36. Las dimensiones de montaje se proporcionan enLa Figura 3A. Una lista de los materiales de ejemplo utilizados para los experimentos y sus fuentes se proporcionan en la Tabla 2.- Máquina de las cápsulas de grafito, los plug final de grafito y de apoyo magnesia piezas a las dimensiones requeridas con un torno centro, utilizando alta pureza de grafito y de magnesia varillas o tubos, respectivamente, como materiales de partida (Figura 3A).
Nota: Para los experimentos para investigar Re, Os e Ir, aleaciones de HSE-Fe pueden ser sustituidos por grafito como el material de la cápsula 29,30. - Sonicar las cápsulas de grafito en etanol durante ~ 1 min a RT, a continuación, seco bajo una lámpara de calor de la misma manera como se indica para materiales de partida en polvo. Una vez seco, transferir las cápsulas a un shell vial y guárdelo en un horno desecador o secado hasta que sea necesario.
- Coloca las piezas de soporte de magnesia, ya sea en un crisol de alúmina o mullita y recocido a 1573 K en un horno de caja durante al menos 8 horas. Después del recocido, permiten que las piezas se enfríen y luego tiendasecado en un horno mantenido a ~ 393 K.
- Para hacer que las células de carbonato de bario, BaCO3 primero mezclar polvo y tóner copia usada en 99: 1 proporciones en peso. Se requiere un mínimo de 7,4 gramos de mezcla para un experimento. Escudo de la porción interior de un troquel de acero de tamaño apropiado (véase la Figura 3A para las dimensiones de los BaCO 3 mangas), ya sea con un lubricante seco a base de grafito o agente de desmoldeo a base de PTFE (Tabla 2).
- Fría-press 3,7 g de la mezcla a ~ 250 MPa utilizando la matriz de acero y una prensa hidráulica. Dejar reposar la mezcla a presión durante 1 minuto antes de la descompresión. Esto producirá un manguito con una altura de 17 mm. Se requieren dos mangas para cada conjunto.
Nota: La disposición 2 de células descrito anteriormente y utilizado en algunos estudios anteriores 29 a 31 mayo ser sustituidos por una sola célula BaCO3 proporcionando una matriz de tamaño adecuado está disponible. - Una vez retirado de lamorir, conducir-off el tóner copia por calentamiento de las mangas de RT a 923 K durante el transcurso de varias horas en un horno de caja, a continuación, que sostiene a esta temperatura durante ~ 30 min. Tenga en cuenta el cambio en el color de negro a naranja una vez que el tóner copia se ha eliminado. Guarde las mangas recocidos en un horno de secado mantenida a ~ 393 K.
- Máquina de las cápsulas de grafito, los plug final de grafito y de apoyo magnesia piezas a las dimensiones requeridas con un torno centro, utilizando alta pureza de grafito y de magnesia varillas o tubos, respectivamente, como materiales de partida (Figura 3A).
- Multi-yunque
Nota: El conjunto multi-yunque comprende una cápsula de muestras que se coloca en el punto caliente de un calentador de resistencia de grafito cilíndrica usando aplastable MgO o Al 2 O 3 piezas de relleno. El calentador está rodeado por cualquiera de un octaedro cerámica sinterizada o moldeable que actúa como un medio de presión y aislante térmico. El termopar puede colocarse ya sea axialmente o transversalmente dependiendo del diseño de montaje. Hay numerosos tamaños y diseños de ensamblaje utilizados para experimentos multi-yunque, dependiendo de los objetivos y P deseados -. Condiciones T Figura 4 muestra una comoblea diseño utilizado anteriormente para llevar a cabo experimentos de partición de metal de silicato en el 3,6 y el 7,7 GPa 35.- Preparar cápsulas de grafito y magnesia aplastable o mangas de zirconia de tubos de alta pureza de la misma manera como se ha indicado para los experimentos de cilindro de pistón. Las dimensiones requeridas se proporcionan en la Figura 4A.
- Hacer el tapón de alúmina a partir de una longitud de varilla de alúmina-dura despedido. Utilice una lima de diamante para anotar la barra donde se va a romper, a continuación, coloque la varilla a la longitud deseada con la mano (ver Figura 4A para las dimensiones). Utilice el archivo para eliminar cualquier rebaba que resultan de romper la varilla. Limpie el tapón sonicando en etanol a temperatura ambiente.
- Prepare octaedros con una longitud de borde 18 mm octaédrica (OEL) utilizando un 2-parte moldeable cerámico a base de MgO (véase la Tabla 2) y el molde de tamaño apropiado. El molde comprende una plantilla que tiene 8 cubos truncadas, separadas por láminas con un espesor igual a la deseada para THe juntas 37 pre-formado.
- Para octaedros con un 18 mm OEL, uso cubos con un 11 mm truncados borde largo (TEL) y hojas que son 3 mm de espesor. Utilice ya sea de aluminio o PVC para los materiales del cubo y de hoja. Ensamble el molde, lubricante todas las partes que estarán en contacto el material cerámico moldeable con grasa de silicona. Deja un cubo sin montar para proporcionar un punto de entrada para la mezcla de cerámica.
- Combine el polvo de cerámica y activador líquido en una proporción de 100: 30 en peso y mezclar bien. Vierta la mezcla en el molde, asegurando que no hay bolsillos atrapados de aire. Inserte el cubo restante y deje que la mezcla se asiente durante al menos 2 horas. Cada octaedro requiere ~ 15 g de mezcla de cerámica.
- Una vez configurado, quite el octaedro del molde, para deshidratar ~ 1 día en un horno de secado a 393 K y luego recocido a 1,273-1,373 K en un horno de caja de ~ 2 h.
- Permitir que el octaedro se enfríe a RT en el aire, entonces perforar un agujero de diámetro 7,3 mm como se indica enFigura 4B para acomodar el manguito aislante, calentador de grafito y componentes de la muestra restante.
- Almacenar en un horno de secado a ~ 393 K hasta el momento de montar el experimento.
3. Montaje de los componentes
- Asamblea del Experimento pistón-cilindro
- Cargar la cápsula de muestras de grafito insertando primero el metal HSE-cojinete continuación, la adición de polvo de basalto sintético hasta que se llena la cápsula. El uso de una disposición de gravitacionalmente estable minimiza la posibilidad de vuelco durante el experimento y está destinado a evitar la dispersión de la fase metálica a través de la acción mecánica.
- Colocar una pequeña cantidad (típicamente <50 mg) de polvo de MgO seco en la base de la cavidad diseñado para sostener la cápsula de la muestra. Esto se aplana la superficie cónica creada al perforar el agujero y, a su vez reduce las fuerzas de corte durante la compresión de ejemplo que pueden agrietarse la cápsula.
- Montar todo el previamente locacomponentes electrónicos, como se muestra en la Figura 3B.
- Envuelva un pedazo de 30 micras de espesor lámina de plomo alrededor del conjunto, doblando una pequeña (~ 1,5 mm) porción de lámina sobre el extremo expuesto de la BaCO3 funda inferior. Insertar el conjunto en un recipiente a presión de carburo de tungsteno agujero 12,7 mm, junto con un tapón de base (arriba) y pieza de extremo de acero (abajo) como se muestra en la Figura 3A.
Nota: El aparato de pistón-cilindro final cargado tiene dos pistones hidráulicos. Un puente a caballo entre la RAM inferior permite un carburo de tungsteno pistón para aplicar presión a la parte inferior de la muestra. El pistón superior fija la ubicación de la superficie de la muestra superior y se aplica una carga final al recipiente de presión que da apoyo adicional al núcleo de carburo de tungsteno 38. La Figura 3C muestra un aparato de cilindro de pistón en la Universidad de Toronto con el puente en su lugar. Una fricción corrección de -9% se aplica a la cuenta de la diferencia entre la presión de la muestra nominal de und que experimentó por la muestra 39. - Coloque el puente, recipiente a presión y la base de la placa entre los arietes hidráulicos. Siguiente hacer un termopar de tipo C por medio de tubo de alúmina-dura disparó 4-agujero con un diámetro exterior de 1,6 mm. El tubo de alúmina se debe cortar suficientemente largo para permitir ~ 1-2 mm del tubo para sobresalir de la superficie superior de la placa superior.
- Alimente ambas composiciones de alambre (ver Tabla 2) a través de los agujeros adyacentes en el tubo, gire los extremos a través de 180 grados y fijarlos en los agujeros opuestos de modo que los cables se cruzan. Insertar el termopar a través de la placa superior y en el conjunto, de manera que la unión está directamente encima de la muestra. Aislar el resto de los hilos del termopar utilizando tubos flexibles de teflón, dejando una porción 10-20 mm expuesta en el extremo.
- Coloque los separadores metálicos requeridos en el lugar entre la placa superior y el pistón superior. Durante el montaje, hojas posición Mylar tanto por encima de la vasija de presión y entre laparte superior del conjunto y el carnero superior. Estas hojas de aislar eléctricamente el circuito de calentamiento de la muestra desde el resto del aparato.
- Asamblea del experimento multi-yunque
- Hacer un termopar de tipo C usando 4 hoyos tubo de alúmina-dura despedido por la alimentación de los dos cables a través de los agujeros adyacentes en el tubo, girando los extremos 180 ° y asegurarlos en los agujeros opuestos. Aislar el resto de los cables con una longitud corta (~ 20 mm) de tubo de alúmina y luego material de Teflon aislante, dejando una porción de 10-20 mm de cable expuesto en el extremo.
- Insertar el manguito de zirconia y calentador de grafito en el octaedro, a continuación, cortar ranuras como se indica en la Figura 4B. Inserte el termopar en la parte superior del octaedro y coloque los brazos cubiertos de alúmina en las ranuras. Utilice cemento zirconia (ver Tabla 2) para llenar el espacio vacío que rodea el termopar y dejar secar.
- Con el fin de aislar el jo termoparen la cápsula de grafito, añadir el polvo de MgO de la base del octaedro hasta que los cables expuestos están cubiertos. Menos de 50 mg de polvo suelen ser suficientes para rodear el cable expuesto. Para asegurar apretado embalaje del polvo de MgO, utilice un espacio en blanco taladro para aplacar el polvo suelto.
- Cargar una cápsula de grafito con el material de la muestra preparada previamente y colocar en el octaedro del costado abierto. Inserte el enchufe de alúmina para completar el montaje del octaedro.
- En 4 de los cubos WC (Tabla 2) utilizar acetato de polivinilo para pegar longitudes cortas de madera de balsa, una en cada una de las 3 caras adyacentes a la esquina truncada del cubo. Cada pieza de madera de balsa debe medir ~ 4,4 mm de altura y anchura de ~ 9.0 mm de longitud, para el tamaño del octaedro se muestra en la Figura 4. En cada cara, coloque las piezas de madera de balsa en el cuadrante opuesto al borde truncado.
- Ensamble 4 de los cubos para formar un cuadrado en vista en planta, con 2 y 2 sin wooden piezas unidas. Orientar los bordes truncados para afrontar el centro de la plaza.
- Coloque el octaedro en el centro de los cubos, de manera que se apoya en los bordes truncados. Entonces ángulo de los brazos de termopar para que emergen de las esquinas opuestas de la plaza (Figura 5A)
- Coloque los cubos restantes WC en posición para formar un cubo con el octaedro en su centro, asegurando que los cubos con piezas de madera unidos resto encima de los cubos que no tienen espaciadores de madera.
- Pegue piezas cuadradas de ~ 0.5 mm de espesor hoja G10 (ver Tabla 2) a cada cara del cubo montado utilizando un adhesivo de tipo cianoacrilato. Para 32 mm cubos WC, utilice hojas G10 medir ~ 55 mm x 55 mm. Dos de los cubos de WC tienen truncamientos que contactan con el calentador de resistencia y por lo tanto forman parte del circuito de calefacción eléctrica. Para las hojas que hacen contacto con estos cubos, corte 2 (<1 mm) de ancho ranuras estrechas, como se indica en la figura 5B y coloque un pedazo de lámina de cobre para que yot proporciona un punto de contacto entre las primera y segunda etapa yunques.
Nota: El aparato multi-yunque utiliza un sistema de 2-etapa de yunques contenidos dentro de un anillo de retención. Los yunques primera etapa comprenden 6 cuñas extraíbles que forman una cavidad cúbica central. Esta cavidad tiene capacidad para 8 cubos de carburo de tungsteno con esquinas truncadas (yunques segunda etapa) que rodean el octaedro cerámica 40. Por lo tanto, la fuerza orientada verticalmente aplicada a los yunques primera etapa mediante una prensa hidráulica se transfiere a la octaedro de una manera que resulta en la compresión cuasi-hidrostática de la muestra. La relación entre la presión de aceite en la presión dinámica y la muestra puede ser calibrado para el 18 mm OEL asamblea elenco octaédrica descrito aquí usando los procedimientos descritos por 41. - Cortar 2 hojas de 0,076 mm de espesor Mylar con las dimensiones mostradas en la Figura 6 y la capa ellos utilizando un lubricante PTFE seco.
- Posición una de las hojas precortadas en elel anillo de retención (borde recto en la base) e introduzca la configuración más baja es la de 1 st yunques el estadio en sí mismos, que están respaldados con 0.076 mm Mylar grueso y recubiertas con PTFE lubricante (Figura 5B). El conjunto inferior de yunques se puede dejar en su lugar entre las corridas. Coloque el cubo montado en el conjunto inferior de yunques primera etapa y conectar los brazos de termopar a los cables del termopar equilibradas que salen del módulo de presión.
- Coloque la hoja de Mylar 2º pre-cortado en el anillo de retención (borde recto a la parte superior) e inserte el conjunto superior de 1 st yunques investigadores en la fase, que debería ser respaldado Mylar y lubricado en la misma manera que el conjunto inferior. Esta disposición produce una Mylar lubricado para contactos Mylar entre los 1 st yunques y el estadio en el anillo de retención que reduce la pérdida de empuje carnero a la fricción por ~ 30% en comparación a un solo arreglo de hoja de Mylar 37.
Nota: Los espesores y dimensiones de la hoja de Mylar dependerán de tél diseño exacto del módulo de presión que se utiliza. Descrito anteriormente y en la figura 6 son las dimensiones en uso en el Laboratorio Geofísico, Carnegie Institution de Washington.
4. Ejecución del experimento
- Una vez que la muestra se lleva a la presión requerida, el calor a una velocidad de 100 K / min hasta que se alcanza la temperatura de permanencia deseado. Durante la etapa de calentamiento, puede necesitar ser ajustado con el fin de mantener una presión de aceite constante de aceite en la RAM de la muestra.
- Después del período de permanencia, apagar la muestra cortando la alimentación al horno. Una vez que el aparato se ha enfriado a TA, descomprimir lentamente la muestra.
5. Ejecutar subproducto Análisis
- Para los experimentos de cilindro de pistón, extraer el experimento acabado del recipiente a presión usando un ariete hidráulico. Con un par de cortadores de servicio pesado quitar las partes exteriores de la asamblea para liberar la cápsula de grafito (CILINDRO pistóner) o un horno que contiene la cápsula de muestras y piezas de soporte (multi-yunque).
- Montar la muestra en epoxi (típicamente para formar un disco de diámetro 25,4 mm) (Figura 7A). Uso de 320 a 600 grit papel de carburo de silicio, moler en la muestra para exponer las fases de fusión de silicato y metálicos templados. Pulir la superficie expuesta utilizando alúmina o suspensión de diamante con la disminución de tamaños de grano que van desde ~ 15 a 0,3 micras.
- Capa de carbono de la superficie de la muestra pulida 42 y analizar el principal elemento de la composición de metal y run-productos de silicato por análisis de electrones sonda micro (EPMA). Utilice una (10 micras) diámetro del haz desenfocado para el análisis de silicato para evitar la migración de elementos alcalinos lejos del haz de electrones. Las condiciones analíticas y estándares utilizados para caracterizar muestras anteriores generados con el protocolo anterior se pueden encontrar en las referencias 29 - 31,35
Nota: Para los experimentos a Investigate MSE y SSE partición, EPMA también pueden resultar adecuados para el análisis de los elementos trazadores, siempre que estén presentes en concentraciones suficientes. - Siguiendo importante análisis de elementos, retire la capa de carbono utilizando 0,3 micras de grano de alúmina. Utilice la ablación con láser ICP-MS (LA-ICP-MS) para determinar el contenido de elementos traza de los encontronazos productos. Para una introducción a la muestra de análisis por LA-ICP-MS, por favor consulte la referencia 43.
Nota: Para los anteriores HSE estudios de solubilidad isótopos de calcio y níquel se han utilizado con éxito como las normas internas para reducir los datos, utilizando tanto el vidrio y materiales de referencia de sulfuro, respectivamente 29,30. Todos los análisis deben ir precedidas de una sola pasada de la ablación, seguido por el lavado de la célula de la ablación por lo menos durante 60 segundos. Esto asegura cualquier contaminación de la superficie que se pueda derivar de pulir los encontronazos productos experimentales no afecta a los resultados.
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Representative Results
Los siguientes ejemplos y centrar el debate en los experimentos para determinar HSE solubilidad en silicato funde a baja f O 2. Para ejemplos completos de cómo se pueden usar MSE y datos de partición SSE a partir de experimentos multi-yunque para restringir el P - T - f O 2 condiciones de segregación de metal base, se remite al lector a las referencias. 9 - 11 Figura 7B-D muestra la espalda imágenes de electrones dispersos de encontronazos productos típicos experimentales. En experimentos con Au, las propiedades de humectación entre masa fundida de silicato, Au funden y sólida HSE (Re, Os, Ir, Ru) dictar la geometría de la muestra y el resultado en la separación física entre la masa fundida de silicato y el sólido HSE. Para los experimentos para investigar Pt, la aleación PtIr permanece en contacto directo con la masa fundida de silicato. Se corta la alimentación al horno al final del experimento asegura un enfriamiento rápido de la muestra y enfriamiento de los silicate derrita. Run-productos, por lo tanto comprenden 1 o 2 fases de aleación (HSE-rica ± Au-rica) (se utiliza proporcionar la composición de basalto de la Tabla 1) o de vidrio de silicato.
La contaminación del vidrio de silicato en baja f O 2 experimentos de solubilidad HSE se identifica más fácilmente por la presencia de heterogeneidad en el tiempo resuelto espectros LA-ICP-MS. Esta heterogeneidad se manifiesta como "picos" y "valles 'en los espectros que resultan de la ablación de proporciones variables de inclusión de soporte de vidrio frente inclusión libre 17. La Figura 8A muestra el espectro resuelta en el tiempo para un experimento de solubilidad Pt que no emplean métodos para prevenir la formación de inclusiones de metal. Para la comparación, las Figuras 8B-F resuelta en el tiempo de visualización espectros típico para run-productos de silicato sintetizados utilizando las técnicas descritas en el protocolo anterior. La homogeneidad de los espectros bf indicates ausencia de inclusiones HSE dispersas en la parte de silicato de encontronazos productos experimentales. Inspección del vidrio de silicato por microscopía electrónica de barrido confirma la ausencia de metal-inclusiones visibles en el silicato subproductos ejecutar, apoyando además una falta de contaminación. Los espectros se muestra en la Figura 8A-E son de encontronazos productos sintetizados como parte de varios estudios previos. 29 - 31 de la figura 8F es de un experimento realizado en la solubilidad Ru 2273 K y 2 GPa mediante la técnica de Au-Además se ha descrito anteriormente. La homogeneidad de este espectros sugiere que este enfoque es también éxito en evitar la formación de metal-inclusiones se encuentran en anteriores experimentos de solubilidad Ru realizado de manera similar en condiciones reductoras (~ IW + 2.5) 24.
Figura 1. CompaRison entre el manto superior (PUM) composición primitiva estimada y la predicha por los resultados de experimentos de solubilidad a baja presión y la temperatura. Los datos para la composición PUM de Fischer-Gödde et al. 7. Los coeficientes de reparto para el HSE están a 0,1 MPa, 1673-73 K y IW-2 a partir de experimentos de Fe-libres por 27 (Re), 44 (Os), 18 (Ir), 45 (Ru), 16 (Pd), 46 (Au), 21 (Pt y Rh). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Disposición utiliza para polvos metálicos frío-prensa. El taladro inferior en blanco (o vástago) se graba inicialmente hasta el borde de una mesa de trabajo para permitir la fácil carga de los polvos en el vidrio de sílice tube. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. (A) sección transversal detallada del conjunto de cilindro de pistón una vez insertado en el recipiente a presión. Para obtener resultados consistentes, la separación entre los componentes dentro del horno de resistencia debe estar dentro de 0.025 mm de los valores nominales 38. BaCO3 células deben estar dentro de ~ 0,13 mm de los diámetros interior y exterior nominales. Detalles para la construcción de una boquilla adecuada se pueden encontrar en 47, aunque el diámetro interior de células debe ser modificado a partir de los dibujos, en esta referencia a 7,9 mm. (B) Procedimiento para la construcción del conjunto de la muestra y émbolo. Ya sea un pegamento de cianoacrilato o cemento hogar son él apropiadoLe para asegurar el tapón de extremo en el manguito de grafito BaCO3, sin embargo, no más de ~ 10 mg se debe aplicar. (C) Un cilindro de prensa de pistón en la Universidad de Toronto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. (A) Sección transversal del conjunto de multi-yunque adecuado para su uso con los cubos de WC que tienen un TEL 11 mm. La parte más superior de la figura se dibuja para mostrar cómo salir de los brazos de termopar el octaedro, como se ve tanto perpendicular a y hacia abajo del eje del alambre, como se indica. (B) Vista superior de octaedro fundido con aletas de juntas. Grooves para los brazos de termopares se deben cortar en las áreas marcadas en rojo. Tenga en cuenta que la funda interior de magnesia y alúmina de 4 agujerostubo de muestra en la figura no debe estar en su lugar cuando se cortan las ranuras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5. (A) Disposición de los cubos WC todo el octaedro montado. (B) Bajo conjunto de yunques primera etapa y su disposición dentro del anillo de retención. (C) experimento Completado colocado en el módulo de presión 1 del conjunto superior de yunques primera etapa en su lugar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7. (A) Experimental subproducto carrera montado en epoxi, y luego de tierra y pulido. (B) y (C) retrodispersada imágenes electrónicas de encontronazos productos experimentales a partir de experimentos utilizando el Si-adición (B) y Au-adición (C) las técnicas descritas en el texto para los experimentos para determinar Pt y Ru solubilidad respectivamente. Imagen (B) se reproduce a partir de 31 con permiso de Elsevier. (D) Vista ampliada de la zona se indica en rojo en (C) para mostrar los detalles de la cuenta auru y la interfaz de metal-silicato. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8. (A) Tiempo resuelto-LA-ICP-MS espectros de un mínimo f O 2 experimento Pt solubilidad que no emplean medidas para suprimir la formación de inclusiones metálicas. (BF) Típico tiempo de resolverse LA-ICP-MS espectros a partir de experimentos de Ru, Pt 31, Re 30, Os e Ir 29 que se lleva a cabo mediante el procedimiento descrito en el texto. Todos los datos que se muestran son de experimentos llevados a cabo en 2273 K y 2 GPa. La línea discontinua vertical en cada figura separa la región de ablación de la región de adquisición de fondo.g "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9. El cambio en D Met / Sil con T para los experimentos realizados por Brenan y McDonough 29 (Os, Ir, Au), Bennett & Brenan 30 (Re, Au) y Bennett et al. 31 (Pt) usando los procedimientos descritos Aquí. Todos los datos provienen de experimentos realizados en 2 GPa. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10. La solubilidad de Iridium en masa fundida basálticas en 2.273 K y 2 GPa como una función de f O <sub> 2 en relación con el tampón de hierro-wüstite (IW). Los datos proceden de Brenan y McDonough 29. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Antes Descarbonatación | Después Descarbonatación | ||||
| wt% Óxidos / carbonatos; Fe 2+ composición de partida | wt% Óxidos / carbonatos; Fe 2+ composición de partida | % en peso de óxido; Fe 2+ composición de partida | % en peso de óxido; Fe 3+ composición de partida | ||
| SiO 2 | 47.92 | 470.40 | SiO 2 | 51.87 | 51.26 |
| Al 2 O 3 | 9.91 | 9.80 | Al 2 O 3 | 10.73 | 10.60 |
| CaCO 3 | 16.20 | 16.02 | CaO | 9.83 | 9.71 |
| MgO | 14.58 | 14.42 | MgO | 15.79 | 15.60 |
| FeO | 9.84 | - | FeO | 10.66 | - |
| Fe 2 O 3 | - | 10.82 | Fe 2 O 3 | - | 11.71 |
| MnO | 0.06 | 0.06 | MnO | 0.07 | 0.07 |
| Na 2 CO 3 | 1.20 | 1.19 | Na2O | 0.76 | 0.75 |
| NiO | 0.28 | 0.27 | NiO | 0.30 | 0.30 |
Tabla 1.
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Discussion
Los resultados de los experimentos de inclusión gratuita realizados utilizando los protocolos descritos aquí anteriormente se han comparado con los datos de la literatura en las referencias 29 (Os, Ir, Au), 30 (Re, Au) y 31 (Pt). Pt es muy instructivo para demostrar la utilidad de run-productos-de inclusión gratuita. Para los experimentos dirigidos a baja f O 2, Ertel y col. 48 asignados inclusiones a un origen estable y, por tanto, limita la reducción de datos a la región más baja conteos por segundo de los espectros de LA-ICP-MS de resolución temporal. Este enfoque minimiza la contribución de inclusiones a las concentraciones de silicato de fusión medidos. Los datos de Ertel et al 48 en ~ IW + 1 de acuerdo así con la tendencia entre D Met / Sil y 1 / T se define por medio de experimentos de inclusión gratuita realizados en similares f O. 2; confirmando que su tratamiento analítico elegido es eficaz en la determinación de los verdaderos solubilidades Pt 31. Además, los experimentos realizados utilizando el protocolo de inclusión de supresión descrito aquí son capaces de sondear más condiciones reductoras, en la que el método de filtrado espectro se vuelve menos eficaz 17. En los estudios que asumen sólo la presencia de inclusiones de enfriamiento relacionados, hay un acuerdo variable con los datos inclusión gratuita. Por ejemplo, se observa una buena concordancia con los resultados de Mann et. Al 49, los valores sin embargo, los experimentos de Cottrell et al. 22 de visualización sistemáticamente inferiores de D Met / Sil que los experimentos de inclusión libre 31. La generación de experimentos de inclusión libre a una amplia gama de condiciones es por lo tanto crucial para evaluar la fiabilidad de las mediciones de inclusión-contaminada anteriores.
Aunque el protocolo descrito aquí ha demostrado ser exitoso en una gama de condiciones, no es la panacea para el problema de la contaminación por las inclusiones metálicas. Experimentos realizaron utilizandola técnica de Au Además se ven afectados por la formación de composiciones de aleaciones complejas a muy baja f O 2. Con el fin de generar condiciones significativamente más reductores que el búfer de hierro wüstite, elemental Si se añade a los materiales de partida. Productos Ejecutar desde el más reductores de estos experimentos contienen 2 aleaciones coexistentes que poseen extensas texturas exsolución temple relacionados. Inmiscibilidad en la aleación parece surgir debido a la solución significativa de Si en la fase de metal en condiciones reductoras. A falta de los datos de actividad de composición adecuados para las composiciones de aleación formados en condiciones muy reductoras impide las actividades de Fe y HSE en la fase de aleación se determine. Esto evita que el cálculo exacto de la muestra f O 2 y las concentraciones de HSE en la masa fundida de silicato en el límite de solubilidad.
La eficacia de Si-Además como un método para prevenir la formación de inclusiones de Pt parece disminuir a menortemperaturas. Bennett et al. 31 señaló que los experimentos realizados en 1873 K pantalla evidencia de contaminación por inclusiones de metal, mientras que las que se realizan a temperaturas más altas no lo hacen. Esto puede ser debido a un cambio en la relación cinética entre la reducción de la muestra y en Pt-difusión a temperaturas más bajas. Una consideración adicional para los experimentos realizados usando la técnica de Si-adición es su efecto sobre la composición de fusión final. La oxidación de Si elemental temprano en el experimento se produce a través de la siguiente reacción con FeO en la masa fundida:
Si (Met) + 2FeO (sil) = SiO 2 (sil) + 2Fe (MET) (2)
La adición de mayores cantidades de Si, con el fin de acceder a condiciones de reducción más, por lo tanto resulta en una composición de fusión más SiO 2 enriquecido y FeO agote. Con el fin de llevar a cabo experimentos que abarcan una amplia f O 2 2 para cada mol de Si añadido a la composición de partida. También hay que señalar que algunos estudios han encontrado la aparición de inclusiones metálicas también depende de la composición del fundido, en particular, si la masa fundida se Fe-cojinete 50.
Los datos de solubilidad que ofrece encontronazos productos no contaminados permite coeficientes de reparto de metales silicato precisos para calcular. Para los experimentos en los que el HSE de interés no está presente como una fase pura (es decir, la actividad de metal HSE <1), las concentraciones medidas en la fase de silicato se corrigen a la actividad de la unidad a partir de datos termodinámicos disponibles. Con la excepción de Au, un resumen útil de las relaciones de la actividad de composición disponibles para HSEaleaciones se proporciona en referencia 49. Los datos limitados para aleaciones Au-Fe se pueden encontrar en las referencias 46,51. La relación siguiente se utiliza entonces para determinar los valores de D Met / Sil partir de las concentraciones de HSE corregidos en masa fundida de silicato 16
(3)
Dónde 
es la concentración del silicato de HSE en la saturación en la fase de HSE, A es un mol de peso y factor de conversión 
es el coeficiente de actividad de la HSE elegido a dilución infinita en líquido Fe-metal. Figura 9 muestra el cambio en D Met / Sil con T calculado a partir de experimentos realizados en 2 GPa y un f O 2 cerca de la memoria intermedia de hierro wüstite. Una aplicación de estos datos esevaluar la capacidad de alta temperatura del metal de silicato de equilibrio para dar cuenta de la abundancia estimada manto superior primitivo de estos elementos. Los valores de D Met / Sil para el HSE debe disminuir a valores de ~ 10 2 -10 3 a aproximadamente la misma temperatura si equilibrio de silicato de metal es responsable de la composición PUM. Los datos de estudios previos que se muestran en la Figura 9 sugiere que este requisito no se cumple por los resultados de los experimentos realizados en la reducción de las condiciones de 29-31.
Mediciones de solubilidad de silicato no contaminada subproductos Run también son útiles en la revelación de la especiación de HSE disueltos en la masa fundida de silicato a baja f O 2. La información relativa a la especiación de estos metales en un amplio rango de condiciones redox es útil no sólo para guiar la extrapolación de los datos más allá del rango estudiado experimentalmente, sino también para el endiseño formado por cristales con determinadas propiedades ópticas. Los cambios en el estado de oxidación de los metales disueltos pueden estar acompañados por cambios en la química de coordinación, de las que la variación en las propiedades tales como puede surgir absorbancia óptica. Por ejemplo, la disolución de platino, ampliamente utilizado como un material de envase para la síntesis de vidrio de masa fundida, puede dar lugar a diferentes vidrios de color dependiendo de las condiciones redox de la 52,53 masa fundida. El estado de oxidación del disuelto HSE puede inferirse a partir del cambio en la solubilidad con f O 2. Considere la disolución de un metal (M) como una especie de óxido en la masa fundida:
(4)
Donde n es el estado de oxidación del metal disuelto. Se da la constante de equilibrio (K) a P y T para la ecuación 3por:
(5)
Igualando ln K con la energía libre de Gibbs de la reacción, y en la saturación en la fase metálica (a M = 1), la ecuación 4 se convierte en:
(6)
La pendiente de una tendencia entre HSE solubilidad y f O 2, por lo tanto produce n / 4, a partir del cual se puede obtener la especiación. Brenan y McDonough 29 determinan la solubilidad de Ir como una función de f O 2 a partir de experimentos que utilizan las técnicas descritas aquí. Los resultados de estos experimentos se muestran en la Figura 10 y producen una pendiente de 0,2, en gran medida coherente con un estado de oxidación 1+ (pendiente predicha de 0,25) para IR en la reducción de masas fundidas de silicatos.
Experimentalmente determinados coeficientes de reparto de metales silicato se pueden utilizar para establecer las condiciones de equilibrio núcleo y el manto terrestre durante la acreción. Resultados para los elementos altamente siderófilos también se pueden utilizar para evaluar si la Tierra experimentó una tarde-chapa de material condrítico posterior a la formación del núcleo. Esbozado aquí son los procedimientos para llevar a cabo experimentos de separación y de solubilidad de metales de silicato en los dispositivos multi-yunque y el pistón-cilindro respectivamente. Las técnicas se describen también que suprimen la formación de inclusiones metálicas en experimentos de solubilidad de HSE en 2 GPa y temperaturas> 1873 K. Los coeficientes de reparto de HSE calculados sugieren que el equilibrio de metal-silicato a alta T no explica el aparente exceso de HSE en el manto superior primitiva . El trabajo futuro queda por confirmar si el comportamiento de partición HSE indicado por experimentos a 2 GPa persiste a una mayor P y T. Esto requerirá de pruebaslos protocolos de inclusión supresor describen aquí, en un diseño experimental multi-yunque alta P.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por las Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá Equipo, Descubrimiento y Discovery Accelerator subvenciones concedidas a JMBNRB reconoce el apoyo de la Institución Carnegie de programa de becas de postdoctorado Washington. Stephen Elardo también dio las gracias por su ayuda antes de la filmación con la prensa de cilindro y pistón en el Laboratorio de Geofísica.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| G10 Epoxy/Fiberglass Sheet | Accurate plastics, Inc. | GEES.020N.3648 | |
| Powdered starting materials- -Oxides, metals, carbonates | Alfa Aesar | Specific to desired experiment | |
| Castable 2-part MgO ceramic | Aremco | Ceramcast - 584 | |
| PTFE Dry Lubricant | Camie-Campbell | 2000 TFE-Coat | |
| Graphite resistance heaters | Carbone of America (Now owned by Mersen USA) | Custom Order | |
| Barium Carbonate | Chemical Products Corporation | Custom Order | Calcined free-flowing (CFF) grade |
| C-Type Thermocouple Wire (W26%Re, W5%Re) | Concept Alloys | ~0.25 mm diameter is suitable for most experiments | |
| Zirconia Cement | Cotronics; Resbond 940 2-part cement | Use 100 parts powder for every 25 to 28 parts activator | |
| Polyvinyl Acetate (PVA) Glue | e.g., Bostik | Often sold as 'white glue' | |
| Cyanoacrylate Glue | e.g., Krazy Glue/Loctite | ||
| Piston cylinder pressure vessel and WC piston | Hi-Quality Carbide Tooling Inc. | Custom Order | |
| Silica Glass Tubing | Quartz Plus | Custom Order | |
| Crushable ZrO2 tubes | Saint-Gobain | Custom Order | |
| Crushable MgO rods and tubes | Saint-Gobain | Custom Order | |
| WC cubes for multi-anvil experiments | Tungaloy | Custom Order | Cubes are grade-F WC alloy |
| Single hole alumina tube for multi-anvil thermocouple | Vesuvius McDanel | AXS071730-04-06 | |
| 4-hole alumina tube for piston cylinder thermocouple | Vesuvius McDanel | AXF1159--07-12 | |
| 4-hole alumina tube for multi-anvil thermocouple | Vesuvius McDanel | AXF1159-04-06 |
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