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 arbeidet ble støttet av NASA stipend NNX11AC68G og Carnegie Institution of Washington. Jeg takker Chi Zhang for hans hjelp med datainnsamling. Jeg takker også Anat Shahar og Valerie Hillgren for nyttige vurderinger av dette manuskriptet.

En. Forbered Starter Materials og Sample Chambers <ol><li> Forbered to typer av utgangsmaterialer, (1) en blanding av naturlig silikat olivin og metallisk jern-pulver med 10 vekt% svovel (metall / silikat-forhold varierende 4-30 vekt-%) for simulering av perkolasjon av flytende jern-legering i fast silikat matriks under den første kjernedannelse av en liten planet legeme, og (2) en homogen blanding av fint jordet rent jern-og jernsulfider for bestemmelse av planet indre kjerne krystallisering. </li><li> Slip utgangsm...

<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>

Teknikkene for de multi-ambolt forsøk er godt etablert, genererer stabile trykk og temperatur i en lengre periode av driftstiden, og å produsere forholdsvis store prøvevolum. Det er et kraftig verktøy for å simulere de innvendige prosesser av planeter, spesielt for eksperimenter, slik som smelte perkolasjon, som krever bestemt prøvevolum. Begrensningen er maksimal oppnåelig trykk, opp til 27 GPa med wolframkarbid (WC) ambolter, nådde kjerne presset av Mars og Mercury, men altfor lavt trykk for å nå de kjernene...

Terrestriske planetene som Jorden, Venus, Mars, og Mercury er differensierte planet organer består av en mantel av silikater og en metallisk kjerne. Den moderne planetdannelse Modellen antyder at de terrestriske planetene ble dannet fra kollisjoner av Moon-til-Mars-sized planet embryoer vokst fra km-størrelse eller større planetesimaler gjennom gravitasjon 1-2. De planetesimaler ble trolig differensiert allerede når de metalliske jernlegeringer nådd smeltetemperatur på grunn av oppvarming fra kilder som radioaktiv nedbrytning av kortlivede isotoper som 26 Al og 60 Fe, påvirkning, og frigjøring av potensiell energi tre. Det er viktig å forstå hvordan det flytende metall percolated gjennom en silikamatrise under den tidlige differensierings. Planet differensiering kunne gå gjennom effektive væske-væske-separasjon eller ved siling av flytende metall i en faststoff-silikat matriks, avhengigav størrelsen og innvendig temperatur av planet organer. Denne filtrering av flytende metall i den faste silikat matriks er sannsynligvis en dominerende prosess i den første differensiering når temperaturen ikke er høy nok til å smelte hele planet kroppen. Effektiviteten av perkolasjon avhenger dieder vinkel, bestemt av de grenseflateenergiene for faststoff faststoff og faststoff-væskegrenseflater. Vi kan simulere denne prosessen i laboratoriet ved å gjennomføre høytrykks-og høytemperatur forsøk med en blanding av jern-legering og silikat. Nylige studier 4-7 har undersøkt fukte evne av flytende jernlegeringer i en fast silikat matriks med høyt trykk og temperatur. De brukte en vanlig metode for å måle de relative frekvensfordelinger av åpen dieder vinklene mellom bråkjølt flytende metall og silikat frø på de polerte tverrsnitt for bestemmelse av den sanne dieder vinkel. Den konvensjonelle metoden gir relativt stor uncertainties i den målte dihedral vinkel og mulig skjevhet avhengig av prøvetakings statistikk. Her presenterer vi en ny avbildningsteknikk for å visualisere fordelingen av flytende metall i silikat matrise tredimensjonalt (3D) ved kombinasjon av FIB fresing og høy oppløsning felt-utslipp SEM bildebehandling. Den nye avbildningsteknikk gir presis bestemmelse av dieder vinkel og kvantitativ måling av volumfraksjonen og tilkobling av den flytende fase. Den jordens kjerne ble dannet i løpet av relativt kort tid (&lt;100 millioner år) 8, formodentlig i flytende tilstand på det tidligere historie. Mars og Mercury har også flytende kjerner basert på solenergi tidevanns deformasjon fra Mars Global Surveyor radio sporingsdata 9 og radar prikkmønster knyttet til planetenes rotasjon 10, hhv. Termiske evolution modeller og høytrykkssmelte eksperimenter på kjernematerialer ytterligere støtte en væske Martian kjerne11-12. Nye Messenger romfartøy data gir ytterligere bevis for en flytende kjerne av Mercury 13. Selv den lille månen sannsynligvis har en liten flytende kjerne basert på nyere reanalyse av Appollo måne seismograms 14. Flytende planet kjerner er forenlig med høy Tilveksten energi på et tidlig stadium av planetdannelse. Etterfølgende avkjøling kan føre til dannelse av fast indre kjerne for noen planeter. Seismiske data har vist at jorden består av en flytende ytre kjerne og en fast indre kjerne. Dannelsen av den indre kjerne har viktige implikasjoner for dynamikken i kjernen drevet av termiske og kompositoriske convections og generering av magnetfeltet til planeten. Størkning av den indre kjerne er styrt av smeltetemperaturen til kjernematerialene og den termiske utviklingen av kjernen. Kjerne dannelse av terrestriske planetene delte lignende Akkresjonen baner, og den kjemiske sammensetning av kjernene er ansett å be dominert av jern med ca 10 vekt-% lette elementer som svovel (S), silisium (Si), oksygen (O), karbon (C) og hydrogen (H) 15. Det er viktig å ha kjennskap til smelteforbindelser i systemene som er relevante for kjernen, som for eksempel Fe-FeS, Fe-C-, Fe-FeO, Fe-FeH og Fe-FeSiat høyt trykk, for å forstå sammensetningen av planetenes kjerner. I denne studien vil vi demonstrere eksperimenter utført i den multi-ambolten enheten og diamant-ambolten celle, etterligne forholdene på planet kjerner. Forsøkene gir informasjon om krystallisering sekvens og element ble skilt mellom fast og flytende metall, noe som fører til en bedre forståelse for kravene i den indre kjerne krystallisering og fordeling av lette elementer mellom det krystallinske indre kjerne og væske ut kjernen. Å utvide smelte relasjoner til svært høye trykk, har vi utviklet nye teknikker for å analysere de slukket prøvene utvinnes fra laser-oppvarmet diamant-ennvil celle eksperimenter. Med presisjon FIB fresing av laser-oppvarming spot, avgjør vi smelter ved hjelp slukke tekstur kriterier avbildes med høy oppløsning SEM og kvantitativ kjemisk analyse med en silisium drift detektor ved submikrometer romlig oppløsning. Her vil vi skissere to sett av eksperimenter for å etterligne planetkjernedannelse ved siling av metallisk smelte i silikat matrise under tidlig Tilveksten og indre kjerne krystallisering av påfølgende avkjøling. Simuleringen er rettet mot å forstå de to viktige prosesser i utviklingen av planet kjerne.

<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

En planet indre står under høyt trykk og høye temperaturer, og det har en lagdelt struktur. Det er to viktige prosesser som førte til at lagdelt struktur, (1) filtrering av flytende metall på et fast silikat matriks av planet differensiering, og (2) indre kjerne krystallisering ved etterfølgende avkjøling planet. Vi utfører høyt trykk og høy temperatur eksperimenter for å simulere begge prosesser i laboratoriet. Dannelse av percolative planetkjernen avhenger av effektiviteten av smelte siling, som styres av det dieder (fukting) vinkel. Den perkolasjon simuleringen innbefatter oppvarming av prøven ved høyt trykk til en ønsket temperatur ved hvilken jern-svovel-legeringen er smeltet mens silikat forblir fast stoff, og deretter å bestemme den sanne dieder vinkel for å evaluere stil væskemigrerings i en krystallinsk matriks av 3D-visualisering. 3D volumgjengivelse oppnås ved å skjære den gjen prøven med en fokusert ion stråle (FIB) og taking SEM bilde av hver skive med en FIB / SEM crossbeam instrument. Det andre sett av eksperimenter er utformet for å forstå den indre kjerne krystallisering og elementfordeling mellom væske ytre kjerne og fast indre kjerne ved å bestemme smeltetemperaturen og element oppdeling ved høyt trykk. Smelte forsøk er utført i fler ambolten apparat inntil 27 GPa og utvides til høyere trykk i det diamant ambolten celle med laser-oppvarming. Vi har utviklet teknikker for å gjenopprette små oppvarmede prøver av presisjon FIB fresing og få høyoppløselige bilder av laser-oppvarmet sted som viser smelting tekstur ved høyt trykk. Ved å analysere de kjemiske sammensetningene i coexisting flytende og faste faser, vi nøyaktig bestemme likvidus-kurve, som gir nødvendige data for å forstå den indre kjerne krystalliseringsprosessen.

Vi har utført en serie av forsøk under anvendelse av blandinger av San Carlos olivin og Fe-FeS metallegering med forskjellige metall-silikat-forholdstall, som startmateriale. Den S-innhold av metallet er 10 vekt-% S. Her viser noen representative resultater fra høytrykksforsøk utført ved 6 GPa og 1800 ° C, ved bruk av vel-kalibrerte fler ambolt sammenstillinger 15. Under de eksperimentelle betingelser, er Fe-FeS metallegering helt smeltet og silikat (San Carlos olivin) forblir krystallinsk. Hensikten me...

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

Den høye trykk og høy temperatur eksperimenter er beskrevet her ligne planetens indre differensieringsprosesser. Prosessene er visualisert og bedre forstås av høyoppløselig 3D avbildning og kvantitativ kjemisk analyse.

Simulering av Planetary Interiør differensieringsprosesser 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

Avslører dynamiske prosesser av materialer i væsker med flytende Cell transmisjonselektronmikroskopi

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

Flamme Eksperimenter ved Advanced Light Source: Ny innsikt i Soot Formasjon Prosesser

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

Laboratory Drop Towers for Experimental Simulering av Dust-aggregerte Kollisjoner i Early Solar System

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

Kvantifisering av hydrogen Konsentrasjonene i overflate og Interface Layers og bulk materialer gjennom Dybde Profilering med Nuclear Reaction 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 av menneskeskapte Vibrations Basert på Preget i Felt Pedestrian 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

Kunnskap Basert Cloud FE Simulering av metall forming Prosesser

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

Transporterende tester for Enveisen Stoffer: Målinger av Capillary Parametere for å evaluere kapillartrykkdata i flytende kompositt støpeprosesser

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 av Ultra-finkornet og nanocrystalline materialer Bruke Sende Kikuchi Diffraksjon

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

Studie av Hevert Breaker eksperiment og simulering for forskning reaktoren

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 av 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 ...