Planetary İçişleri Farklılaşma Simülasyon Laboratuvarı Süreçleri

Bu prosedürün genel amacı, gezegen iç farklılaşma sürecini simüle etmektir. Bu işlem, öncelikle olivin silikat, demir tozu ve demir sülfürün homojen bir şekilde karıştırılmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım ise karışımın yüksek basınçlı bir hücre düzeneğine yerleştirilmesidir.

Ardından, düzenek bir çok örs düzeneği içerisinde altı giga pascal basınca maruz bırakılır ve 1, 800 degrees Celsius sıcaklığa kadar ısıtılır. Son adım, numunenin geri kazanılması ve 3D görüntüleme için hazırlanmasıdır. Nihayetinde, silikon ve erimiş metalin dağılımını görselleştirmek ve sıvı metalin kristal silikon üzerinden sızarak bir çekirdek oluşturup oluşturamayacağını belirlemek için 3D görüntü kullanılır.

Bu yöntem, perkolasyon yoluyla gezegen çekirdek oluşumları gibi gezegen bilimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Perkolasyon sürecinin simülasyonu için malzemeleri hazırlayarak başlayın. Çekirdek oluşumu için, bir agat havanda, doğal silikat, olivin ve metalik demir tozundan oluşan, ağırlıkça %10 kükürt içeren yaklaşık bir gramlık bir karışım hazırlayın.

Başlangıç malzemesini, homojen bir toz karışımı elde edene kadar etanol altında bir saat boyunca öğütün. Bu işlem tamamlandıktan sonra, malzemeleri 100 °C'de bir saat boyunca kurutun, kurutulmuş malzemeyi geri alın ve soğuduklarında çoklu örs deneyleri için hazırlıklara başlayın. Başlangıç malzemesini, yaklaşık 1,5 mm çapında ve 1,5 mm uzunluğunda olan bir CI alüminyum oksit kapsülüne yerleştirin.

Ardından kapsülü, elektrikli dirençli bir numune ısıtıcısına sahip yüksek basınçlı hücre düzeneğinin içine yerleştirin. Hücre artık çok örslü yüksek basınç cihazı için hazırdır. Hücre düzeneğini cihaza monte edin ve sabit nokta basınç kalibrasyon eğrisine dayanarak numuneyi buradaki hedef basınç olan 6 GPa değerine basınçlandırın.

Ayrıca, numuneyi hedef sıcaklık olan 1.800 °C'ye getirmek için elektriksel dirençli ısıtıcıyı kullanın. Bu deney için basıncı ve sıcaklığı 12 saat boyunca koruyun.

Deney tamamlandığında, ısıtıcı gücü kapatarak numuneyi oda sıcaklığına kadar soğutun ve hidrolik yağ valfini açarak basıncı altı saat boyunca yavaşça tahliye edin. Son olarak, yüksek basınç düzeneğini geri alın; numunenin analizi için odaklanmış iyon demeti taramalı elektron mikroskobu kullanın. Numuneyi cihaza yerleştirmek için monte edip parlatarak ve yüzeyini karbonla kaplayarak hazırlayın.

Ardından numuneyi cihazın numune haznesine yerleştirin. Numuneyi, beş milimetrelik bir çalışma mesafesinde, odaklanmış iyon demeti ile taramalı elektron mikroskobunun çakışma noktasına hizalayın. 15 x 20 x 20 cubic micrometers hacminde bir alan açmak için numuneye ön frezeleme yapın.

Ardından, 25 nanometre derinliğindeki katmanları aşındırmak için iyon demetini kullanmaya devam edin. Her katman kaldırıldıktan sonra, açığa çıkan yüzeyin taramalı elektron mikroskobu görüntüsünü alın. Aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra, görüntü veri dosyalarını görselleştirme yazılımına aktarın ve görselleştirme için 3D görüntüler oluşturun. Bu 3D yeniden yapılandırma, altı gigapaskal basınçta 1.800 santigrat dereceye kadar ısıtılmış bir şok soğutma örneği içindir.

Vurgulanan hacim, demir ve demir sülfür eriyiğini temsil etmektedir. Hacmin geri kalanı ince tanelerle doludur. Hacim yaklaşık olarak beş çarpı altı çarpı yedi cubic micrometers boyutundadır.

Görüntü, burada görüldüğü üzere 100 derecenin üzerinde olduğu ölçülen geniş dedal açılar nedeniyle metalik eriyik ceplerinin silikat tane köşelerinde hapsolduğunu göstermektedir. Bu yeni görüntüleme tekniği, gerçek dedal açısını kesin olarak belirlemek için güçlü bir araç sunmaktadır. Kritik açı boyunca eriyik dağılımındaki değişim izlenerek, küçük bir bileşim ve basınç aralığında bağlantısız ağlardan bağlantılı ağlara geçişin tam olarak belirlenmesi için kullanılabilir.

Yöntem aynı zamanda hacim oranı ve bağlantısallığın kantitatif bir ölçümünü sağlar. Bu 3D görüntüler, %5 hacim oranının altındaki farklı metal silikat oranlarına sahip soğutulmuş numunelere aittir. Sıvı metal, daha yüksek hacim oranlarında izole cepler oluşturur ve gelişimi sonrası birbirine bağlı bir ağ meydana gelir.

Bu teknik; görselleştirmelerle birleştirilmiş deneysel simülasyonlar aracılığıyla gezegen çekirdek oluşum sürecini araştırmak için deney, petroloji ve gezegen bilimi alanındaki araştırmaların önünü açmaktadır.