Name: simulation of the planetary interior differentiation processes in the laboratory
Uploaded: 2013-11-15T17:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af NASA tilskud NNX11AC68G og Carnegie Institution of Washington. Jeg takker Chi Zhang for hans hjælp med dataindsamling. Jeg takker også Anat Shahar og Valerie Hillgren for nyttige anmeldelser af dette manuskript.

1.. Forbered udgangsmaterialer og prøvekamre <ol><li> Forbered to typer af udgangsmaterialer, (1) en blanding af naturlige silikat olivin og metallisk jernpulver med 10 vægt-% svovl (metal / silikat forhold fra 4 til 30 vægt%) til simulering af nedsivning af flydende jern-legering i en fast silikatmatrix under den indledende kerne dannelse af en lille planetarisk krop, og (2) en homogen blanding af fint jordet rent jern og jern sulfid til bestemmelse af planetariske indre kerne krystallisering. </li><li> Grind udga...

<ol>
	<li>Wetherill, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+the+terrestrial+planets.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planetary+accretion+in+the+inner+Solar+System.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Widespread+magma+oceans+on+asteroidal+bodies+in+the+early+Solar+System.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+wetting+ability+of+Si-bearing+liquid+Fe-alloys+in+a+solid+silicate+matrix-percolation+during+core+formation+under+reducing+conditions.">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., &amp;Langenhorst, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Percolative+core+formation+in+planetesimals.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-distribution+and+attainment+of+textural+equilibrium+in+a+partially-molten+crystalline+system+with+a+high-dihedral-angle+liquid+phase.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interconnectivity+of+Fe-O-S+liquid+in+polycrystalline+silicate+perovskite+at+lower+mantle+conditions.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+did+Earth+accrete?.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+core+size+of+Mars+from+detection+of+the+solar+tide.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+longitude+libration+of+Mercury+reveals+a+molten+core.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+interior+of+Mars.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+evolution+of+the+Martian+core:+Implications+for+an+early+dynamo.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+field+and+internal+structure+of+Mercury+from+MESSENGER.">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., Lognonn&#233;, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seismic+detection+of+the+Lunar+core.">Seismic detection of the Lunar core.</a> Science. 331, 309-312 (2011).</li><li>Li, J., Fei, Y., Carlson, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+constraints+on+core+composition.">Experimental constraints on core composition.</a> Geochemistry of the Mantle and Core. , 521-546 (2007).</li><li>Bertka, C. M., Fei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineralogy+of+the+Martian+interior+up+to+core-mantle+boundary+pressures.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+iron+in+Earth's+inner+core.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+flat+top+laser+heating+system+for+high+pressure+research+at+GSECARS:+application+to+the+melting+behavior+of+germanium.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Textural+entrapment+of+core-forming+melts.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure+iron-sulfur+compound,+Fe3S2,+and+melting+relations+in+the+system+Fe-FeS+at+high+pressure.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+type+and+bulk+modulus+of+Fe3S,+a+new+iron-sulfur+compound.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur+in+the+Earth's+inner+core.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-ideal+liquidus+curve+in+the+Fe-S+system+and+Mercury's+snowing+core.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Fe-rich+liquidus+in+the+Fe-FeS+system+from+1+bar+to+10+GPa.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+generation+and+investigation+of+the+post-perovskite+transformation+in+MgGeO3by+squeezing+the+Kawai-cell+equipped+with+sintered+diamond+anvils.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fe-Ni-S+melt+permeability+in+olivine:+implications+for+planetary+core+formation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+high+P,+T+X-ray+microtomographic+imaging+during+large+deformation:+a+newtechnique+for+studying+mechanical+behavior+of+multi-phase+composites.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connectivity+of+core+forming+melts:+Experimental+constraints+from+electrical+conductivity+and+X-ray+tomography.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+an+internally+consistent+pressure+scale.">Toward an internally consistent pressure scale.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 9182-9186 (2007).</li></ol>

Teknikkerne til multi-ambolt eksperimenter er veletablerede, genererer stabilt tryk og temperatur i en længere periode af køretid og producerer relativt stort prøvevolumen. Det er et kraftfuldt værktøj til at simulere de indvendige processer af planeter, især for eksperimenter, såsom smelte nedsivning, der kræver sikker prøvevolumen. Begrænsningen er den maksimalt opnåelige tryk, op til 27 GPa med hårdmetal (WC) ambolte, nåede de centrale presset fra Mars og Merkur, men alt for lavt tryk for at nå de kerne...

Terrestriske planeter såsom Jorden, Venus, Mars og Merkur er differentierede planetariske organer bestående af et silikat kappe og en metallisk kerne. Den moderne planet dannelse model tyder på, at de terrestriske planeter blev dannet fra kollisioner af Moon-til-Mars-størrelse planetariske embryoner dyrket fra km-størrelse eller større planetesimaler gennem tyngde-vekselvirkninger 1-2. De planetesimalerne blev sandsynligvis differentieret allerede når de metalliske jernlegeringer nåede smeltetemperatur på grund af opvarmning fra kilder såsom radioaktivt henfald af kortlivede isotoper, såsom 26 Al og 60 Fe, virkning, og frigivelse af potentiel energi 3. Det er vigtigt at forstå, hvordan det flydende metal perkoleret gennem en silikatmatrix i begyndelsen differentiering. Planet differentiering kunne foregå via en effektiv væske-væske-separation eller ved filtrering af flydende metal i en fast silikatmatrix afhængigtstørrelse og indvendig temperatur planetariske organer. Nedsivning af flydende metal i fast silikatmatrix er sandsynligvis en dominerende proces i den indledende differentiering, når temperaturen ikke er høj nok til at smelte hele planetariske krop. Effektiviteten af ​​nedsivning afhænger toplansvinklen, bestemt ved grænseflademidler energier fast stof og væske-faststof-grænseflader. Vi kan simulere denne proces i laboratoriet ved at gennemføre højtryks-og højtemperatur-forsøg på en blanding af jern-legering og silikat. Nylige undersøgelser 4-7 har undersøgt befugtningsevne af flydende jern legeringer i en fast silikatmatrix ved højt tryk og temperatur. De brugte en konventionel metode til at måle den relative hyppighed fordelinger af tilsyneladende toplansvinkler mellem slukket flydende metal og silikat kerner på de polerede tværsnit til bestemmelse af den sande toplansvinkel. Den konventionelle metode giver relativt stor UNCertainties i den målte toplansvinklen og mulig skævhed afhængigt af prøveudtagningsstatistikkerne. Her præsenterer vi en ny imaging teknik til at visualisere fordelingen af ​​flydende metal i silikatmatrix i tre dimensioner (3D) ved en kombination af FIB fræsning og høj opløsning field-emission SEM billeddannelse. Den nye imaging teknik giver nøjagtig bestemmelse af den to-plans vinkel og kvantitativ måling af volumenfraktion og tilslutning af den flydende fase. Jordens kerne blev dannet i relativt kort tid (&lt;100 millioner år) mange 8, formentlig i en flydende tilstand ved sin tidlige historie. Mars og Merkur har også flydende kerner baseret på sol tidevands deformation fra Mars Global Surveyor radio sporingsdata 9 og radar speckle mønstre bundet til den planetariske rotation 10, hhv. Termiske evolution modeller og højtryks-smeltende eksperimenter på kernematerialer endvidere støtte en flydende Mars kerne11-12. Seneste Messenger rumfartøjer data giver yderligere beviser for en flydende kerne af Mercury 13. Selv den lille Månen sandsynligvis har en lille flydende kerne baseret på den seneste reanalyse af Appollo månens seismogrammer 14. Flydende planetsystemer kerner er i overensstemmelse med høj tilvækst energi på det tidlige stadium af planet dannelse. Efterfølgende afkøling kan føre til dannelse af fast indre kerne for nogle planeter. Seismiske data har vist, at jorden består af en flydende ydre kerne og en fast indre kerne. Dannelsen af ​​den indre kerne har stor betydning for dynamikken i drevet af termiske og kompositoriske Konvektionsriste og generering af det magnetiske felt af planeten kerne. Størkning af den indre kerne styres af smeltetemperaturen af ​​kernematerialer og den termiske udvikling af kernen. Core dannelse af terrestriske planeter delte lignende tilvækst stier og den kemiske sammensætning af kernerne anses for at be domineret af jern med omkring 10 vægt% lys elementer som svovl (S), silicium (Si), ilt (O), kulstof (C) og brint (H) 15. Det er vigtigt at have kendskab til de smeltende relationer i de systemer, der er relevante for kernen, såsom Fe-Fes, Fe-C, Fe-FeO, FE-Femern og Fe-FeSiat højt tryk, for at forstå sammensætningen af planeternes kerner. I denne undersøgelse vil vi demonstrere eksperimenter udført i multi-ambolt enhed og diamant-ambolt celle, efterligne betingelserne i planetariske kerner. Forsøgene giver oplysninger om krystallisering sekvens og element fordeling mellem fast og flydende metal, der fører til en bedre forståelse for kravene i den indre kerne krystallisering og fordelingen af ​​lette elementer mellem den krystallinske indre kerne og væske ud kerne. At udvide smeltende relationer til meget høje tryk, har vi udviklet nye teknikker til at analysere den bratkølede prøver inddrives fra laser-opvarmede diamant-anvil celle eksperimenter. Med præcision FIB fræsning af laser-opvarmning stedet, fastlægge vi smelter hjælp quenching tekstur kriterier filmede med høj opløsning SEM og kvantitativ kemisk analyse med en silicium afdrift detektor ved submicron rumlig opløsning. Her har vi skitsere to sæt eksperimenter for at efterligne planetariske kerne dannelse ved nedsivning af metallisk smelte i silikatmatricen under tidlig tilvækst og indre kerne krystallisation ved efterfølgende afkøling. Simuleringen har til formål at forstå de to vigtige processer i udviklingen af ​​planetariske kerne.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="352">
	<colgroup>
		<col span="4" style="width:66pt" width="88" />
	</colgroup>
	<tbody> 
		<tr height="43" style="height:32.25pt">
			<td class="xl63" height="43" style="height:32.25pt;width:66pt" width="88">Multi-anvil apparatus</td>
			<td class="xl63" style="border-left:none;width:66pt" width="88">Geophysical Lab</td>
			<td class="xl63" style="border-left:none;width:66pt" width="88">Home Builder</td>
			<td class="xl63" style="border-left:none;width:66pt" width="88"> </td>
		</tr>
		<tr height="43" style="height:32.25pt">
			<td class="xl63" height="43" style="height:32.25pt;border-top:none;
 width:66pt" width="88">Diamond-anvil cell</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Geophysical Lab</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Home Builder</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88"> </td>
		</tr>
		<tr height="64" style="height:48.0pt">
			<td class="xl63" height="64" style="height:48.0pt;border-top:none;
 width:66pt" width="88">Laser-heating system</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">APS GSECARS</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Designed by beamline staff</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88"> Public beamline</td>
		</tr>
		<tr height="43" style="height:32.25pt">
			<td class="xl63" height="43" style="height:32.25pt;border-top:none;
 width:66pt" width="88">FIB/SEM Crossbeam</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Carl Zeiss Ltd.</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Auriga</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88"> </td>
		</tr>
		<tr height="64" style="height:48.0pt">
			<td class="xl63" height="64" style="height:48.0pt;border-top:none;
 width:66pt" width="88">Avizo 3D software</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">VSG</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88">Fire for materials science</td>
			<td class="xl63" style="border-top:none;border-left:none;width:66pt" width="88"> </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simulation of the planetary interior differentiation processes in the laboratory

Et planetarisk indre står under højt tryk og høje temperaturer, og det har en lagdelt struktur. Der er to vigtige processer, der førte til, at lagdelt struktur, (1) nedsivning af flydende metal i en fast silikat matrix ved planet differentiering og (2) indre kerne krystallisering ved efterfølgende planet køling. Vi gennemfører højt tryk og høj temperatur eksperimenter for at simulere begge processer i laboratoriet. Dannelse af percolative planetariske kerne afhænger af effektiviteten af ​​smelte nedsivning, som styres af dihedral (befugtning) vinkel. Nedsivning simulering omfatter opvarmning af prøven ved højt tryk til et mål temperatur, hvor jern-svovl-legering er smeltet, mens silikat fortsat solid, og derefter bestemme den sande toplansvinklen at evaluere stil flydende migration i en krystallinsk matrix af 3D-visualisering. 3D volumen rendering opnås ved skæring den genvundne prøve med en fokuseret ion beam (FIB) og takonge SEM billede af hver skive med en FIB / SEM tværbjælken instrument. Det andet sæt af eksperimenter er designet til at forstå den indre kerne krystallisation og element fordeling mellem væsken ydre kerne og fast indre kerne ved at bestemme smeltetemperaturen og element opdeling ved højt tryk. De smeltende eksperimenter er udført i multi-ambolt apparat op til 27 GPa og udvides til højere tryk i diamant-ambolten celle med laser-opvarmning. Vi har udviklet teknikker til at inddrive små opvarmede prøver ved præcision FIB fræsning og få billeder af laser-opvarmede spot, der viser smeltende tekstur ved højt tryk med høj opløsning. Ved at analysere de kemiske sammensætninger af sameksisterende flydende og faste faser, vi præcist at afgøre, liquidus-kurve, der giver de nødvendige data for at forstå den indre kerne krystalliseringsproces.

Vi har gennemført en række forsøg med blandinger af San Carlos olivin og Fe-FeS metallegering med forskellige metal-silikat nøgletal, som udgangsmaterialer. Indholdet af metallet S er 10 vægt% S. Her viser vi nogle repræsentative resultater fra højtryks-eksperimenter udført ved 6 GPa og 1.800 ° C ved anvendelse af vel-kalibrerede multi-ambolt samlinger 15. Under de eksperimentelle betingelser Fe-FeS metallegering, er helt smeltet og silikat (San Carlos olivin) forbliver krystallinsk. Formålet med fo...

Watch this Scientific Journal Video about Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory at JoVE.com

Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory

Højtryks-og højtemperatur-eksperimenter er beskrevet her efterligne planet interiør differentieringsprocesser. Processerne visualiseres og bedre forstået af høj opløsning 3D billedbehandling og kvantitativ kemisk analyse.

Simulering af Planetary Interiør differentieringsprocesser i laboratoriet

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

Afslørende dynamiske processer af materialer i væsker ved brug Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

Flame Eksperimenter på Advanced Light Source: ny indsigt i Soddannelse Processer

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

Laboratorium Drop Towers for Eksperimentel Simulering af Dust-aggregerede kollisioner i tidlige solsystem

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Kvantificering af Hydrogen Koncentrationer i Surface og Interface-Lag og Bulk Materials gennem Dybde Profilering med kernereaktion Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

Simulering af Menneske-induceret Vibrations Baseret på Karakteriseret In-field Fodgænger Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

Viden Baseret Cloud FE Simulering af Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Fugtspredende Tests for ensrettet Fabrics: Målinger af Kapillær Parametre til Vurdere kapillartryk i Liquid Composite støbeprocesser

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

Karakterisering af Ultra-finkornede og Nanokrystallinske Materialer Brug Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Undersøgelse af sifon Breaker eksperiment og Simulation for en forskningsreaktoren

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Behandling af Bulk Nanocrystalline metaller ved US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...