Name: Planetary İçişleri Farklılaşma Simülasyon Laboratuvarı Süreçleri (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-11-15T17:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: Keşfedin gezegen iç yapısı farklılaşma süreçlerini yüksek basınç ve sıcaklık deneyleriyle. Bu yöntem, çekirdek oluşumunu ve malzeme davranışını 3D görüntüleme teknikleriyle analiz ederek gezegen bilimi araştırmalarına katkı sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma NASA hibe NNX11AC68G ve Washington Carnegie Enstitüsü tarafından desteklenmiştir. Ben veri toplama ile yaptığı yardım için Chi Zhang teşekkür ederim. Ben de bu yazının yararlı yorumlar için Anat Shahar ve Valerie Hillgren teşekkür ederim.

1.. Başlangıç ​​materyalleri, Örnek Chambers ve hazırlanması <ol><li> Başlangıç ​​maddeleri, iki tür, doğal silikat olivin ve bir katı silikat matris içinde sıvı demir alaşımlı sızma taklit edilmesi için ağırlıkça% 10 sülfür (4 ila 30 wt% arasında değişen metal / silikat oranlar) ile metalik demir tozu (1) bir karışım hazırlayın Küçük bir gezegen beden ve planet iç çekirdek kristalizasyonu belirlemek için ince topraklı saf demir ve demir sülfit (2) homojen bir karışımın ilk çekirdek oluşumu esnasında. </li><li> Bir saat boyunca, bir akik havanda, etanol altında ince bir toz halinde karışık başlangıç ​​maddeleri öğütün ve 100 ° C&#39;de kurutulur </li><li> Sinterlenmiş bir MgO veya Al 2 içine yerleştirin O başlangıç ​​malzemesinin 3 kapsül (tipik olarak 1.5 mm çapında ve uzunluğu 1.5) ve daha sonra çok-örs deneyler için yüksek basınçlı bir hücre düzeneği içine yerleştirin. </li><li> Küçük bir numune odasına Fe-FeS karışımı yük (tipik olarak 100 mm ve çapı 25 ve #181; elmas örs hücre içindeki lazer ısıtma deneyleri için bir preindented renyum conta delinmiştir kalınlıkta m). Termal izolatör olarak hizmet NaCl katmanları arasında Fe-FeS karışımı sandviç. </li></ol> 2. Multi-örs Aparatı yüksek basınç ve yüksek sıcaklık Deneyleri <ol><li> Çoklu örs yüksek basınçlı hücre düzeneği, bir basınç ortamının, ısı yalıtkan bir ZrO 2 kol ve bir silindirik ısıtıcı renyum ya da grafit gibi bir MgO oktahedron oluşur. Numune kapsül ısıtıcının içine uyar. A tipi-C termokupl, numune sıcaklığı belirlemek için numune odasına sokulur. </li><li> Basınçlandırma için bir çok-örs yüksek basınç tertibatında yüksek basınç düzeneğini. </li><li> Çoklu örs aygıtı altı çıkarılabilir itme kamalar merkezinde 15 kübik bir boşluk oluşturan bir tutucu halka ihtiva eden bir 1500 ton hidrolik pres ve bir basınç modülünden oluşur. Kübik boşluğu hkesilmiş köşeleri ile ouses sekiz tungsten karbür küpler. Oktahedron hücre düzeneğindeki yakınsama kesik küpler, sıkıştırılabilir contalar ile birbirinden ayrılır. Hidrolik ram 1, çok-örs bir deney için deney prosedürü gösterir iki aşamalı bir örs yapılandırması. Şekil, numune montaj üzerine etkili bir şekilde kuvvet iletir. </li><li> Sabit bir sıcaklıkta muhafaza deney, 2-27 düzeltme noktalı baskı kalibrasyon eğrisi 16 göre, oda sıcaklığında GPa ve daha sonra elektrik dirençli ısıtma ile 2300 ° C &#39;ye kadar deney sıcaklıklara ısıtmak arasında bir hedef basınç için örnek basınç Deneyin süresi boyunca, ve deney sonunda oda sıcaklığına örnek sönmesi için kapatın. </li><li> Hidrolik yağ vanasını açarak yavaş yavaş basıncı bırakın ve deneysel şarj kurtarmak. </li></ol> 3. Lazer ısıtma DeneylerDiamond-örs hücre <ol><li> Bir elmas örs hücre basınç iki mücevher kalitesinde tek kristal elmas örs (yaklaşık 0.25 karat her) arasında oluşturulur. Biz, bir piston-silindir sistemi ile mükemmel bir şekilde hizalanmış karşılıklı anvils sürmek için bir simetrik baklava örs hücre kullanılabilir. Hücre Dünya çekirdek 17&#39;nin basınç koşullarına tekabül eden basınç üretme yeteneğine sahiptir. Yüksek sıcaklık elmas örs hücre lazer ısıtılması ile elde edilir. Bir çift taraflı laser ısıtma tekniğine dayanır ve iki fiber lazerleri, her iki numunenin optik ısıtmak için ve her iki tarafta sıcaklık ölçümleri için iki SPEKTRORADYOMETRİK sistemlerinden oluşur Advance foton kaynağı (APS), bir sistem kullanmak 18. Sistem, elmas örs hücre içinde hem de radyal ve eksenel olarak numune sıcaklık değişimleri en aza indirmek ve ısı stabilitesini artırmak, büyük bir ısıtma nokta (çapı 25 um) üretmek için tasarlanmıştır. Şekil 2 şematik olarak göstermektedirlazer ısıtma nokta &#39;lık bir görüntü ile elmas örs hücre içindeki lazer ısıtma deneyi için deneysel yapılandırma s. </li><li> 300 um culets ile elmas anvils hizalama ve 250 um&#39;lik bir başlangıç ​​kalınlığı 30 um arasında bir kalınlığa, bir renyum conta preindent. </li><li> Merkezinde 120 um bir çapı olan preindented conta bir delik delin ve deliğe örnek yükleyin. </li><li> Oda sıcaklığında, bir hedef basınca örnek basınç ve daha sonra sinkrotron imkan sıcaklık ölçümleri ve in situ X-ışını difraksiyon ölçümleri çekerken lazer gücünün artırılması ile örnek ısı. </li><li> Kısmi ergime termal radyasyon ve toz dağıtma modeli bir değişiklik ile tespit edildiğinde numune sönmesi için lazer kapatın. </li><li> Ex-situ karakterizasyonu için ısıtmalı örnek kurtarın. </li></ol> 4. Numune Kurtarma ve Analiz <ol><li> Moepoksi reçine alınan çoklu-örs örnek Unt ve 150 mikron mikron 0,25 ila elmas tozu kum paketi kullanarak kendi yüzey parlatmak. </li><li> Carbon-kat, numunenin yüzey ve analiz için bir Zeiss Auriga FIB / SEM kiriş alet (Şekil 3A) ve numune bölmesi içine yükleyin. </li><li> 5 mm (Şekil 3B) çalışan bir mesafede FIB ve SEM noktasına tesadüf örnek hizalama ve daha sonra x 20 x 20 um 3 15 (Şekil 3C) bir hacmi ortaya çıkarmak için örnek premill. </li><li> Zeiss Auriga FIB / SEM enstrüman (otomatik olarak yaklaşık 35 nm tipik görüntü çözünürlüğü ile iyon-ışın öğütüldükten sonra görüntüleri bir dizi kayıt) üzerine dilim &amp; view fonksiyonu kullanılarak 25 nm aralığında SEM görüntüleri atın. </li><li> Bir görüntüleme yazılımı ve söndürüldü numunede eriyik dağıtım ve bağlantı (Şekil 3, görselleştirmek için 3D görüntüler yeniden giriş görüntü verileri dosyalarıD). </li></ol>

<ol><li>Wetherill, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+the+terrestrial+planets%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Astronomy+and+Astrophysics%22%5BJournal%5D)">Formation of the terrestrial planets.</a> Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 18, 77-113 (1980).</li>
<li>Chambers, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planetary+accretion+in+the+inner+Solar+System%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Planetary accretion in the inner Solar System.</a> Earth and Planetary Science Letters. 223, 241-252 (2004).</li>
<li>Greenwood, R. C., Franchi, I. A., Jambon, A., Buchanan, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+magma+oceans+on+asteroidal+bodies+in+the+early+Solar+System%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Widespread magma oceans on asteroidal bodies in the early Solar System.</a> Nature. 435, 916-918 (2005).</li>
<li>Mann, U., Frost, D. J., Rubie, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+wetting+ability+of+Si-bearing+liquid+Fe-alloys+in+a+solid+silicate+matrix-percolation+during+core+formation+under+reducing+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+the+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">The wetting ability of Si-bearing liquid Fe-alloys in a solid silicate matrix-percolation during core formation under reducing conditions.</a> Physics of the Earth and Planetary Interiors. 167 (1-2), 1-7 (2008).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., &Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Percolative+core+formation+in+planetesimals%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Percolative core formation in planetesimals.</a> Earth and Planetary Science Letters. 273, 132-137 (2008).</li>
<li>Walte, N. P., Becker, J. K., Bons, P. D., Rubie, D. C., Frost, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid-distribution+and+attainment+of+textural+equilibrium+in+a+partially-molten+crystalline+system+with+a+high-dihedral-angle+liquid+phase%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Liquid-distribution and attainment of textural equilibrium in a partially-molten crystalline system with a high-dihedral-angle liquid phase.</a> Earth and Planetary Science Letters. 262, 517-532 (2007).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interconnectivity+of+Fe-O-S+liquid+in+polycrystalline+silicate+perovskite+at+lower+mantle+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">Interconnectivity of Fe-O-S liquid in polycrystalline silicate perovskite at lower mantle conditions.</a> Physics of Earth and Planetary Interiors. 161, 170-176 (2007).</li>
<li>Halliday, A. N., Wood, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+did+Earth+accrete%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How did Earth accrete?</a> Science. 325, 44-45 (2009).</li>
<li>Yoder, C. F., Konopliv, A. S., Yuan, D. N., Standish, E. M., Folkner, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+core+size+of+Mars+from+detection+of+the+solar+tide%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fluid core size of Mars from detection of the solar tide.</a> Science. 300, 299-303 (2003).</li>
<li>Margot, J. L., Peale, S. J., Jurgens, R. F., Slade, M. A., Holin, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+longitude+libration+of+Mercury+reveals+a+molten+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Large longitude libration of Mercury reveals a molten core.</a> Science. 316, 710-714 (2007).</li>
<li>Fei, Y., Bertka, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+interior+of+Mars%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The interior of Mars.</a> Science. 308, 1120-1121 (2005).</li>
<li>Williams, J. -P., Nimmo, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+evolution+of+the+Martian+core%3A+Implications+for+an+early+dynamo%5BTitle%5D)+AND+%22Geology%22%5BJournal%5D)">Thermal evolution of the Martian core: Implications for an early dynamo.</a> Geology. 32, 97-100 (2004).</li>
<li>Smith, D. E., Zuber, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravity+field+and+internal+structure+of+Mercury+from+MESSENGER%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Gravity field and internal structure of Mercury from MESSENGER.</a> Science. 336, 214-217 (2012).</li>
<li>Weber, R. C., Lin, P. -Y., Garnero, E. J., Williams, Q., Lognonné, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seismic+detection+of+the+Lunar+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Seismic detection of the Lunar core.</a> Science. 331, 309-312 (2011).</li>
<li>Li, J., Fei, Y. Experimental constraints on core composition. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLi%2C+J+%22Geochemistry+of+the+Mantle+and+Core%22">Geochemistry of the Mantle and Core</a>. Carlson, R. W. , 521-546 (2007).</li>
<li>Bertka, C. M., Fei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mineralogy+of+the+Martian+interior+up+to+core-mantle+boundary+pressures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Mineralogy of the Martian interior up to core-mantle boundary pressures.</a> Journal of Geophysical Research. 102, 5251-5264 (1997).</li>
<li>Tateno, S., Hirose, K., Ohishi, Y., Tatsumi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+structure+of+iron+in+Earth%27s+inner+core%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The structure of iron in Earth's inner core.</a> Science. 330, 359-361 (2010).</li>
<li>Prakapenka, V. B., Kubo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+flat+top+laser+heating+system+for+high+pressure+research+at+GSECARS%3A+application+to+the+melting+behavior+of+germanium%5BTitle%5D)+AND+%22High+Pressure+Research%22%5BJournal%5D)">Advanced flat top laser heating system for high pressure research at GSECARS: application to the melting behavior of germanium.</a> High Pressure Research. 28, 225-235 (2008).</li>
<li>Minarik, W. G., Ryerson, F. J., Watson, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Textural+entrapment+of+core-forming+melts%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Textural entrapment of core-forming melts.</a> Science. 272, 530-533 (1996).</li>
<li>Terasaki, H., Frost, D. J., Rubie, D. C., Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+oxygen+and+sulphur+on+the+dihedral+angle+between+Fe-O-S+melt+and+silicate+minerals+at+high+pressure%3A+Implications+for+Martian+core+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">The effect of oxygen and sulphur on the dihedral angle between Fe-O-S melt and silicate minerals at high pressure: Implications for Martian core formation.</a> Earth and Planetary Science Letters. 232, 379-392 (2005).</li>
<li>Fei, Y., Bertka, C. M., Finger, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+iron-sulfur+compound%2C+Fe3S2%2C+and+melting+relations+in+the+system+Fe-FeS+at+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-pressure iron-sulfur compound, Fe3S2, and melting relations in the system Fe-FeS at high pressure.</a> Science. 275, 1621-1623 (1997).</li>
<li>Fei, Y., Li, J., Bertka, C. M., Prewitt, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+type+and+bulk+modulus+of+Fe3S%2C+a+new+iron-sulfur+compound%5BTitle%5D)+AND+%22American+Mineralogist%22%5BJournal%5D)">Structure type and bulk modulus of Fe3S, a new iron-sulfur compound.</a> American Mineralogist. 85, 1830-1833 (2000).</li>
<li>Li, J., Fei, Y., Mao, H. K., Hirose, K., Shieh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfur+in+the+Earth%27s+inner+core%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Sulfur in the Earth's inner core.</a> Earth and Planetary Science Letters. 193, 509-514 (2001).</li>
<li>Chen, B., Li, J., Hauck, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-ideal+liquidus+curve+in+the+Fe-S+system+and+Mercury%27s+snowing+core%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letter%22%5BJournal%5D)">Non-ideal liquidus curve in the Fe-S system and Mercury's snowing core.</a> Geophysical Research Letter. 35, L07201(2008).</li>
<li>Buono, A. S., Walker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Fe-rich+liquidus+in+the+Fe-FeS+system+from+1+bar+to+10+GPa%5BTitle%5D)+AND+%22GeochimicaCosmochimicaActa%22%5BJournal%5D)">The Fe-rich liquidus in the Fe-FeS system from 1 bar to 10 GPa.</a> GeochimicaCosmochimicaActa. 75, 2072-2087 (2011).</li>
<li>Ito, E., Yamazaki, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+generation+and+investigation+of+the+post-perovskite+transformation+in+MgGeO3by+squeezing+the+Kawai-cell+equipped+with+sintered+diamond+anvils%5BTitle%5D)+AND+%22Earth+and+Planetary+Science+Letters%22%5BJournal%5D)">Pressure generation and investigation of the post-perovskite transformation in MgGeO3by squeezing the Kawai-cell equipped with sintered diamond anvils.</a> Earth and Planetary Science Letters. 293 (1-2), 84-89 (2010).</li>
<li>Roberts, J. J., Kinney, J. H., Siebert, J., Ryerson, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fe-Ni-S+melt+permeability+in+olivine%3A+implications+for+planetary+core+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Geophysical+Research+Letter%22%5BJournal%5D)">Fe-Ni-S melt permeability in olivine: implications for planetary core formation.</a> Geophysical Research Letter. 34, L14306(2007).</li>
<li>Wang, Y., Lesher, C., Fiquet, G., Rivers, M., Nishiyama, N., Siebert, J., Roberts, J., Morard, G., Gaudio, S., Clark, A., Watson, H., Menguy, N., Guyot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-situ+high+P%2C+T+X-ray+microtomographic+imaging+during+large+deformation%3A+a+newtechnique+for+studying+mechanical+behavior+of+multi-phase+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Geosphere%22%5BJournal%5D)">In-situ high P, T X-ray microtomographic imaging during large deformation: a newtechnique for studying mechanical behavior of multi-phase composites.</a> Geosphere. 7, 40-45 (2011).</li>
<li>Watson, H. C., Roberts, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connectivity+of+core+forming+melts%3A+Experimental+constraints+from+electrical+conductivity+and+X-ray+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Earth+and+Planetary+Interiors%22%5BJournal%5D)">Connectivity of core forming melts: Experimental constraints from electrical conductivity and X-ray tomography.</a> Physics of Earth and Planetary Interiors. 186, 172-182 (2011).</li>
<li>Fei, Y., Ricolleau, A., Frank, M., Mibe, K., Shen, G., Prakapenka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+an+internally+consistent+pressure+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Toward an internally consistent pressure scale.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 9182-9186 (2007).</li>
</ol>

Hiçbir çıkar çatışması ilan etti.

Çoklu örs deneyler için teknikler iyi dengeli basıncı ve çalışma süresi uzun bir süre için sıcaklık üreten ve nispeten büyük bir örnek hacmi üreten kurulmuştur. Özellikle bazı örnek hacmi gerektiren bu tür eriyik sızma gibi deneyler, için, gezegenlerin iç süreçleri simüle güçlü bir araçtır. Sınırlama 27 tungsten karbür (WC) örslerdir ile GPa, Mars ve Merkür&#39;ün çekirdek baskıları ulaşan, ancak Dünya ve Venüs&#39;ün çekirdekleri ulaşmak için çok düşük basınç kadar, maksimum elde basınçtır. Elde edilebilecek maksimum b...

Böyle Dünya, Venüs, Mars, Merkür gibi karasal gezegenleri bir silikat manto ve metalik bir çekirdekten oluşan farklılaşmış gezegen organları vardır. Modern gezegen oluşum modeli karasal gezegenler yerçekimsel etkileşimlerin 1-2 aracılığıyla km ölçekli veya daha büyük gezegenlerin büyüdü Ay-to-Mars büyüklüğünde gezegen embriyoların çarpışmalar meydana geldiğini göstermektedir. Gezegenciklere muhtemel metalik demir alaşımları örneğin 26 Al ve 60 Fe, etkisi gibi kısa ömürlü izotopların radyoaktif çürüme gibi kaynaklardan nedeniyle ısıtma erime sıcaklığı ulaştı kez zaten farklılaşmış edildi ve potansiyel enerji 3 sürümü. Bu, sıvı metal erken farklılaşması sırasında silikat matris boyunca süzülür, anlamak önemlidir. Planet farklılaşma olarak, etkili bir sıvı-sıvı ayrımı ile ya da katı bir silikat matris içinde sıvı metalin sızma ile devam olabilirboyutu ve gezegen organlarının iç sıcaklığı. Sıcaklık tüm planet vücut eritmek için yeterince yüksek olmadığında, katı silikat matris içinde sıvı metalin sızma muhtemel başlangıç ​​farklılaşmasında baskın bir süreçtir. Sızma etkinliği katı-katı ve katı-sıvı arayüzleri yüzey enerjileri tarafından belirlenen dihedral açı bağlıdır. Biz demir alaşımlı ve silikat karışımı yüksek basınç ve yüksek sıcaklık deneyler yaparak laboratuvarda bu süreci taklit edebilirsiniz. Son çalışmalar, 4-7, yüksek basınç ve sıcaklıkta bir katı silikat matris içinde sıvı demir alaşımları ıslatma yeteneğini araştırmıştır. Bunlar gerçek dihedral açısının belirlenmesi için söndürüldü, sıvı metal ile parlatılmış enine kesitlerinde silikat taneleri arasındaki belirgin dihedral açılar göreli frekans dağılımları ölçmek için geleneksel bir yöntem kullanılır. Geleneksel yöntem, nispeten büyük UNC verimleriölçülen dihedral açı ve örnekleme istatistik olarak mümkün önyargı ertainties. Burada FIB öğütme ve yüksek çözünürlüklü alan emisyonu SEM görüntüleme kombinasyonu ile üç boyutlu (3D) &#39;de silikat matriks içinde sıvı metalin dağılımını görselleştirmek için yeni bir görüntüleme tekniği sunar. Yeni görüntüleme tekniği dihedral açı ile sıvı fazın hacim fraksiyonu ve bağlantı nicel ölçü kesin belirleme sağlar. Dünya&#39;nın çekirdek muhtemelen erken tarihinin bir sıvı halde, nispeten kısa bir süre (&lt;100 milyon yıl) 8 kuruldu. Mars ve Merkür de sırasıyla gezegen dönme 10, bağlı Mars Global Surveyor radyo veri izleme 9 ve radar benek desenler güneş gelgit deformasyon dayalı sıvı çekirdeğe sahip. Termal evrim modelleri ve çekirdek malzemelerin yüksek basınç erime deneyleri ayrıca sıvı Marslı temel destek11-12. Son Messenger uzay aracı veri Cıva 13 sıvı bir kısım için ek delil sağlar. Hatta küçük Ay muhtemel Appollo Aysal sismogramların 14 son reanalysis dayalı küçük sıvı çekirdeğe sahiptir. Sıvı gezegen çekirdek gezegen oluşumunun erken aşamada yüksek yığılma enerji ile tutarlıdır. Daha sonraki soğutma bir gezegen katı bir iç kısım bölgesinin oluşumuna yol açabilir. Sismik veriler Dünya bir sıvı dış çekirdek ve katı iç çekirdeğin ibaret olduğunu ortaya koymuştur. Iç çekirdeğin oluşumu ve termik kompozisyon ısı taşınımı ve dünyanın manyetik alanın üretilmesi ile tahrik edilen çekirdek dinamiklerine için önemli etkileri vardır. Iç çekirdeğin katılaşması çekirdek malzemenin erime sıcaklığı ve iç kısmın termal evrimi ile kontrol edilir. Karasal gezegenlerin çekirdek oluşumu benzer katma yolları paylaşılan ve çekirdeklerin kimyasal bileşimi b kabul edilire 10 ağırlık% &#39;si ışık gibi sülfür (S) gibi elemanlar, silikon (Si), oksijen (O), C (C) ve hidrojen (H) 15 ile demir hakimdir. Bu bileşimin anlamak amacıyla, bu tür Fe-FeS, Fe,-C, Fe-FeO, Fe-Feh ve Fe-FeSiat yüksek basınç gibi çekirdek, ilgili sistemlerde erime ilişkiler bilgiye sahip esastır gezegen çekirdekler. Bu çalışmada, planeter çekirdeklerin koşullarını taklit eden, çok-örs cihaz ve elmas örs hücre içinde yapılan deneyler gösterecektir. Deneyler, iç çekirdek kristalleşme ve kristal bir iç kısım ve sıvı üzerinden çekirdek arasındaki açık elemanlarının dağılımının gereksinimleri için daha iyi bir anlaşılması için gerekli olan, katı ve sıvı metal arasındaki kristalleştirme dizisi ve element bölümleme hakkında bilgi verir. Erime ilişkileri çok yüksek basınçlar uzatmak için, lazer ısıtmalı elmas-a kurtarıldı söndürüldü örnekleri analiz etmek için yeni teknikler geliştirdilernvil hücre deneyleri. Lazer ısıtma nokta hassas FİB freze ile, yüksek çözünürlüklü SEM ve submikron mekansal çözünürlükte bir silikon sürüklenme dedektörü ile kantitatif kimyasal analizi ile görüntülü söndürme doku kriterleri kullanılarak eritme belirleyebilirler. Burada daha sonraki soğutma ile, erken hacimce büyümesi ve iç kısım, kristalleşme sırasında silikat matrisi içinde eriyik metalik sızma ile planeter çekirdek oluşumunu taklit etmek için deneyler iki takım özetlemektedir. Simülasyon gezegen çekirdeğinin evrimi sırasında iki önemli süreçleri anlamak amaçlanmıştır.

<table><tbody><tr><td>Çoklu örs aparatı</td><td>Jeofizik Laboratuvarı</td><td>Ev Üreticisi</td><td> </td></tr><tr><td>Elmas-örs hücresi</td><td>Jeofizik Laboratuvarı</td><td>Ev Üreticisi</td><td> </td></tr><tr><td>Lazer ısıtma sistemi</td><td>APS GSECARS</td><td>Işın hattı personeli tarafından tasarlanmıştır</td><td> Genel ışın hattı</td></tr><tr><td>FIB / SEM Kiriş</td><td>Carl Zeiss Ltd.</td><td>Malzeme</td> bilimi için Auriga <td> </td></tr><tr><td>Avizo 3D yazılımı</td><td>VSG</td><td>Fire</td><td> </td></tr></tbody></table>

planetary İçişleri farklılaşma simülasyon laboratuvarı süreçleri

Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory

Bir planeter iç yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşulları altında ve katmanlı bir yapıya sahiptir. Bu tabakalı yapıya yol açan iki önemli süreçler, planet farklılaşma bir katı silikat matris içinde sıvı metalin (1) sızma ve daha sonraki soğutma planet tarafından (2) iç kısım kristalleştirme vardır. Biz laboratuvarda hem de süreçleri simüle, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık deneyleri yaparlar. Percolative gezegen çekirdeğinin oluşumu dihedral (ıslatma) açısı ile kontrol edilir eriyik sızma, verimliliğine bağlıdır. Silikat sabit kalır, ve daha sonra 3 boyutlu görüntüleme ile bir kristal matris sıvı göç tarzı değerlendirmek için gerçek dihedral açısının belirlenmesi ise sızma simülasyon demir-sülfür erimiş alaşım olduğu bir hedef sıcaklığa yüksek basınçta ısıtılması örnek içerir. 3D hacim oluşturma odaklanmış iyon demeti (FİB) ve bunların TA ile kurtarılan örnek dilimleme ile elde edilmektedirbir yalan / SEM crossbeam alet ile her dilim kralı SEM görüntüsü. Deneylerin ikinci seti, sıvı, dış kısım ve yüksek basınç altında bir erime sıcaklığına ve element bölümleme belirleyerek katı bir iç kısım arasındaki iç çekirdek kristalleştirme ve element dağılımını anlamak için tasarlanmıştır. Erime deneyler kadar 27 GPa için çoklu örs cihazında gerçekleştirilmiştir ve lazer ısıtma ile elmas örs hücresinde daha yüksek bir basınca genişletilir. Biz hassas FIB öğütülmesi ile küçük ısıtmalı örnekleri kurtarmak ve yüksek basınçta erime doku göstermektedir lazer ısıtılmış nokta yüksek çözünürlüklü görüntüleri elde etmek için teknikler geliştirdik. Birlikte bulunan sıvı ve katı fazların kimyasal bileşimleri analiz ederek, tam olarak iç çekirdek kristalleşme süreci anlamak için gerekli veri sağlayan, sıvılaşma eğrisi belirlemek.

Biz, başlangıç ​​maddeleri olarak, San Carlos olivin ve farklı metal silikat oranlarına sahip Fe-FeS metal alaşımından karışımları kullanılarak bir dizi deney yaptık. Metal S içeriği ağırlıkça% 10 S. Burada iyi kalibre multi-örs meclisleri 15 kullanılarak, 6 GPa ve 1800 ° C&#39;de gerçekleştirilen yüksek basınç deneylerinden bazı temsilcisi sonuçları göstermek olduğunu. Deneysel koşullar altında, Fe-FeS metal alaşım tamamen erimiş olduğu ve silikat (San Carlos, olivin) kristal kalır. Deneyin amacı, sıvı metal...

Burada anlatılan, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık deneyleri gezegen iç farklılaşma süreçleri taklit. Süreçleri yüksek çözünürlüklü 3D görüntüleme ve kantitatif kimyasal analizi ile görüntülendi ve daha iyi anlaşılmaktadır.

Planetary İçişleri Farklılaşma Simülasyon Laboratuvarı Süreçleri

A planetary interior is under high-pressure and high-temperature conditions and it has a layered structure. There are two important processes that led to ...

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.

simulation-planetary-interior-differentiation-processes

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Biz laboratuvarda kırılgan toz agrega arasındaki ara-hız çarpışmalar düşük hız elde etmek için bir teknik mevcut. Bu amaçla, iki vakumlu damla kulesiz kurulumları izin geliştirilmiştir &lt;0.01 ve ~ 10 m / san arasında çarpışma hızları. Çarpışma olaylar, yüksek hızlı görüntüleme ile kaydedilir.

Erken Güneş Sistemi Toz-agrega Çatışmayı Deneysel Simülasyon Laboratuvarı Bırak Towers

Soy metaller için yapılan deneylerde metal inklüzyonların oluşumunu baskılayan teknikleri vurgulayarak, siderofil elementlerin metal-silikat bölünmesini belirlemek için bir prosedür sunuyoruz. Bu deneylerin sonuçları, çekirdek oluşumunun mantonun oldukça siderofil element bileşimi üzerindeki etkisini göstermek için kullanılır.

Deneysel Yöntemlerle ve yüksek Siderophile Eleman kapsama alınan terimler bastır için Protokolün: Yüksek Basınç ve Sıcaklık metal-silikat bölümleme

Kimyasal bahçe oluşumunu, denizaltı hidrotermal menfezlerinde oluşan doğal kimyasal bahçe sistemlerinin laboratuvar simülasyonlarına izin veren enjeksiyon deneyleri yoluyla tanımlıyoruz.

Kimyasal Bahçeleri olarak Reaktörler Taklit Doğal Hidrotermal Sistemler Akış

Bir laboratuvar ölçekli dikey akış yoluyla sütununda bir Prekambriyen demirli deniz upwelling sistemini simüle. Amaç O 2 ve Fe (II) ve nasıl jeokimyasal profillerini anlamaya siyanobakteriler üretmek O 2 olarak gelişmeye oldu. Sonuçlar, fotosentetik üretilen O 2, Fe (II) oksitlenmeye karşı Kemoklin kurulmasını göstermektedir.

Prekambriyen Deniz upwelling Sistemi Fotosentetik Bakteri Büyüme Keşfet bakımından zengin bir Demir (II) Laboratuar Simülasyonu

Dünya bol mineraller doğal hidrotermal sistemlerinde önemli rol oynarlar. Burada, hidrotermal koşullar altında Organik mineral etkileşimleri deneysel incelenmesi için güvenilir ve düşük maliyetli bir yöntem açıklanmaktadır.

Organik hidrotermal dönüşümler üzerinde Mineral etkileri eğitimi için deneysel bir protokol

Diffusive konveksiyon (DC) yaygın olarak doğal süreçleri ve mühendislik uygulamaları, merdivenler homojen convecting katmanları ve tabakalı arabirimleri ile bir dizi ile karakterize oluşur. Deneysel bir işlem üretimi, geliştirme ve ortadan kalkması, dikdörtgen bir tank gibi DC merdiven yapısı evrim sürecinin benzetimini yapmak için tanımlanır.

Diffusive konveksiyon merdiven yapıların evrimi

Ekstremite lamellae morfolojisi, bileşimi ve aralığıanalizi volkanizma ve metamorfizma ile ilgili jeolojik süreçleri anlamak için gerekli bilgileri sağlayabilir. Bu lamellanın karakterizasyonu için APT'nin yeni bir uygulamasını savuruyoruz ve bu yaklaşımı elektron mikroskobu ve FIB tabanlı nanotomografinin geleneksel kullanımıyla karşılaştırıyoruz.

Çözülmüş Mineral Evrelerinin Atom Prob Tomografisi Analizi

Eriyikler ve sıvılar doğal sistemlerde kütle taşımacılığının her yerde bulunan vektörleridir. Bu tür sistemlerin ab initio moleküler-dinamik simülasyonlarını analiz etmek için açık kaynaklı bir paket geliştirdik. Yapısal (yapıştırma, kümelenme, kimyasal belirtim), taşıma (difüzyon, viskozite) ve termodinamik özellikleri (titreşim spektrumu) hesaplıyoruz.

AB Initio Moleküler Dinamik Simülasyonlarından Eriyik ve Sıvıların UMD Paketi ile Analizi

Bu protokolün amacı, kimyasal bahçe enjeksiyon deneyleri yoluyla simüle edilmiş hidrotermal bacalar oluşturmak ve eğitim amaçlı çoğaltılabilen 3D yazdırılabilir bir kondenser kullanarak inorganik çökeltme zarı boyunca bir termal gradyan tanıtmaktır.

Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu

Laboratuvar toprak ısınma deneyleri genellikle birden fazla odada iki veya daha fazla sabit sıcaklık kullanır. Sofistike bir çevre odası sunarak, in situ toprak sıcaklığının büyüklüğünü ve genliğini taklit etmek ve toprak inkübasyon çalışmalarının deneysel tasarımını geliştirmek için doğru bir sıcaklık kontrol yöntemi sunuyoruz.

Toprak Kuluçka Deneyinde Sıcaklığı Simüle Etme

Keşfedin gezegen iç yapısı farklılaşma süreçlerini yüksek basınç ve sıcaklık deneyleriyle. Bu yöntem, çekirdek oluşumunu ve malzeme davranışını 3D görüntüleme teknikleriyle analiz ederek gezegen bilimi araştırmalarına katkı sağlar.

Planetary İçişleri Farklılaşma Simülasyon Laboratuvarı Süreçleri

Daha fazla video keşfet