Name: metal-silicate partitioning at high pressure and temperature: experimental methods and a protocol to suppress highly siderophile element inclusions
Uploaded: 2015-06-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions at JoVE.co

Эта работа была поддержана естественных наук и инженерного исследовательский совет Канады оборудование, Discovery и Discovery Accelerator грантов для JMBNRB признает поддержку со стороны Института Карнеги в пост-докторской программы стипендий Вашингтон. Стивен Elardo также поблагодарил за помощь до съемок с прессой поршень-цилиндр в Геофизической лаборатории.

1) Получение исходного материала <ol><li> Синтетический Базальт Примечание: базальтового состава, используется в качестве исходного материала силиката, как более деполимеризации композиций, хотя более релевантными для сценария океана магмы, трудно или невозможно, чтобы подавить в с?...

Результаты включения свободной экспериментов, выполненных с использованием протоколов, описанных здесь ранее сравнению с литературными данными в справочниках 29 (Os, Ir, Au), 30 (Re, Au) и 31 (Pt). Pt наиболее поучительным в демонстрации полезности включения-Free Run продуктов. Для эк?...

Наземные аккреции, как полагают, произошло в серии столкновений между планетезималей с хондритовой объемной композиции, заканчивающийся в фазе гигантских воздействия думал отвечает за формирование луны 1,2. Отопление прото-Земли с помощью воздействия и распада короткоживущих изотопов было достаточно, чтобы вызвать обширное таяние и образование океана магмы или прудов, через которые плотной Fe богатые металлические расплавы могли спуститься. При достижении базы океана магмы, металлические расплавы столкнуться с реологические пограничный, киоск, и пройти окончательное металла силиката равновесия в конечном итоге до спуск по твердой мантии с ростом ядра 2. Дальнейший химический связи между металлом и силикатных фаз в металлической расплава проходит твердая часть мантии, как думают, исключается из-за большого размера и быстрого спуска металлических диапиров 3. Эта первичная дифференциация Земли в металлическом ядре и силикатной MANTле раскрывается сегодня как геофизических и геохимических наблюдений 4 - 6. Интерпретация этих наблюдений для получения правдоподобных условия для металла силиката равновесия на базе в океане магмы, однако, требует соответствующей базы данных экспериментальных результатов. Примитивный верхней мантии (ГПМ) является гипотетической резервуар, содержащий силикат остаток формирования сердечника и его состав, поэтому отражает поведение микроэлементов во время металл-силикатные равновесия. Микроэлементы распределяются между металлом и силикатных расплавов в процессе основной сегрегации на основе их геохимической близости. Величина с предпочтением элементов для металлической фазы может быть описана с помощью коэффициента распределения металла силиката <img alt="Уравнение 1" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq1.jpg" /><img alt="Уравнение 2" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq2.jpg" /> (1) Где <img alt="Уравнение 3" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq3.jpg" /> и <img alt="Уравнение 4" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq4.jpg" /> Обозначим концентрацию элемента я в металле и силикатный расплав, соответственно. Значения <img alt="Уравнение 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> &gt; 1 указывают сидерофильных поведение (железо-любя), и те &lt;1 литофильными (рок-любя) поведение. Оценки PUM состава показывают, что сидерофильных элементы истощаются относительно хондритов 7, как правило, рассматриваются как представителя объемной композиции Земли 6,8. Это истощение из-за секвестра сидерофильных элементов по сути, и тугоплавких элементов его величина должна непосредственно отражать ценности <img alt="Уравнение 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> , Эксперименты Лаборатории поэтому стремятся определить значения <img alt="Уравнение 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> по РАНге давления (Р), температура (T) и летучести кислорода (F O 2) условия, которые имеют отношение к металлической сегрегации от основания в океане магмы. Результаты этих экспериментов могут быть использованы, чтобы очертить регионы P - T - F O 2 места, которые являются совместимыми с PUM обилие нескольких элементов сидерофильных (например, 9 - 11). Высокие давления и температуры, относящиеся к сценарию океан магмы может быть воссоздан в лаборатории с использованием либо поршневой или многопуансонной нажмите. Устройство поршень-цилиндр обеспечивает доступ к умеренном давлении (~ 2 ГПа) и высокой температуре (~ 2573 К) условий, но обеспечивает большие объемы образца и различные капсулы материалов легко использовать. Быстрый темп охлаждения также позволяет тушение диапазоне силикатных составов расплавов в стекло, таким образом упрощая фактурный интерпретацию накануне продукции.Мульти-наковальня аппарат, как правило, работают меньшие объемы выборки, но с подходящими сборок может достичь давлений до ~ 27 ГПа и температурах ~ 3000 К. Применение этих методов позволило данные разделами для многих умеренно и слабо сидерофильных элементы, чтобы быть собрал более широком диапазоне Р - Т условий. Прогнозы композиции PUM на основе этих данных показывают, металл-силикатных равновесие произошло при средних условиях давления и температуры сверх ~ 29 ГПа и 3000 К соответственно, хотя точные значения зависят от модели. Для того, чтобы учесть PUM численности некоторых окислительно-восстановительных чувствительных элементов (например, V, Cr) Ф О 2 также эволюционируют во аккреции ~ 4 до 2 единиц журнала ниже, что введенные сопутствующей железа и вюстита (FeO ) в эквивалентных условиях РТ (железо-вюстит буферных) 12. Хотя ПУМ обилие млюбые сидерофильных элементы могут быть за счет металла силиката равновесия на базе глубокого океана магмы, оказалось трудно оценить, если эта ситуация относится к наиболее высоко сидерофильных элементов (ОТОСБ в). Крайняя сродство ОТОСБ в течение железной металла обозначается низкого давления (Р ~ 0,1 МПа) и температуре (T &lt;1,673 К) экспериментов свидетельствует силикат земля должна быть сильно истощены в этих элементах. Оценки содержания ВШЭ для ГПМ, однако, указывают только умеренное истощение относительно хондрита (Рисунок 1). Обычно положено решение кажущейся ВШЭ избытке, что Земля пережила конце аккреции хондритовых материала, следующего основного образования-13. Это в конце-сросшиеся материалы бы смешивается с PUM и повышенные концентрации, ПБ и ООС, но был незначительный эффект на более распространенных элементов. Кроме того, было высказано предположение, что чрезвычайно сидерофильных характер ОТОСБ обозначено низким P </em&gt; - Т эксперименты не сохраняются на высоких РТ условиях, присутствующих во время основной-формирование 14,15. Для того чтобы проверить эту гипотезу, эксперименты должны быть выполнены, чтобы определить растворимость и металл-силикатной разделение ОТОСБ в соответствующих условиях. Загрязнение силикатного части закаленных пробега продуктов во многих предыдущих исследованиях однако, осложняется анализ выполнения продукта и затемняется истинные коэффициенты распределения для области ОТОСБ между металлом и силикатных расплавов. В экспериментах с разделами, где ОТОСБ в присутствующих на уровнях концентрации, соответствующих природе, крайняя предпочтение этих элементов Fe-металла предотвращает их измерение в силикатном расплаве. Чтобы обойти эту проблему, измерения растворимости сделаны, в котором силикатный расплав насыщается в ГУ-ВШЭ интересов и ценностей <img alt="Уравнение 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> рассчитываются с использованием формализма Борисов и дрдр. 16. Закалку силикатные работают продукты из ГУ-ВШЭ экспериментов растворимости, выполненных в восстанавливающих условиях, однако, часто демонстрируют свидетельства загрязнения дисперсной ВШЭ ± Fe включений 17. Несмотря на ближайшем вездесущности этих включений в низкой Ф О 2 эксперименты, содержащие Pt, Ir, Os, Re и Ru (например, 18 - 27), существует явное изменчивость между исследованиями в их текстурной презентации; Сравнить ссылается 22 и 26 пример. Хотя было показано, что включения могут образовывать которых стабильная фаза в условиях пробега эксперимента 28, это не исключает образование включений в образец охлаждают. Неопределенность происхождение включений делает лечение аналитических результатов сложно, и привело к двусмысленности над истинным растворимости ОТОСБ снижается силикатные расплавы. Включение-Free Run продукты необходимы для оценкикоторая изучает приняли аналитический подход, который дает точные растворенные концентрации, ПБ и ООС. Значительный прогресс в подавлении образования металлических включений-восстановительных условиях в настоящее время было показано в экспериментах с использованием аппарата поршень-цилиндр, в котором схема выборки были внесены поправки из предыдущих исследований путем добавления или Au или Si к исходным материалам 29 - 31. Добавление Au или элементарной Si к исходным материалам изменяет геометрии образца или F O 2 эволюцию эксперимента соответственно. Эти методы предназначены для подавления образования металлического включения путем изменения сроков HSE в-диффузии в сравнении с сокращением образца, и рассматриваются в Bennett и др., 31. В отличие от некоторых предыдущих попыток очистить силикатного расплава включений, таких как энергии механического равновесия и центрифугирования поршень-цилиндр, настоящее протокола могут быть реализованы без специализированного АппарАТУС и подходит для высоких экспериментов РТ. Подробно описано здесь подход, основанный поршня цилиндра для определения растворимости Re, Os, Ir, Ru, Pt и Au в силикатном расплаве при высокой температуре (&gt; 1873 K), 2 ГПа и ф O 2, аналогичной железо-вюстит буфера. Применение подобной экспериментальной конструкции также может оказаться успешным в ГУ-ВШЭ экспериментов на других давлениях, обеспечивая необходимые фазовые соотношения, увлажняющие свойства и кинетические отношения сохраняются в выбранных условиях. Существующие данные однако, недостаточно, чтобы предсказать, будет ли наша схема выборки быть успешным при давлении, соответствующих глубокой океана магмы. Также изложены общий подход используется для определения умеренно и слегка сидерофильных элемент (MSE и SSE, соответственно) разметку с использованием мульти-наковальня устройство. Расширение включения свободной набора данных для ОТОСБ для высокого давления, скорее всего, используют подобные методы многопуансонной. Одеватьэфир, эти процедуры обеспечивают средства, чтобы ограничить оба условия основного сегрегации и этапы земной аккреции.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>G10 Epoxy/Fiberglass Sheet</td>
			<td>Accurate plastics, Inc.</td>
			<td>GEES.020N.3648</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Powdered starting materials- -Oxides, metals, carbonates</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>Specific to desired experiment</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Castable 2-part MgO ceramic</td>
			<td>Aremco</td>
			<td>Ceramcast - 584</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE Dry Lubricant</td>
			<td>Camie-Campbell</td>
			<td>2000 TFE-Coat</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphite resistance heaters</td>
			<td>Carbone of America (Now owned by Mersen USA)</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Barium Carbonate</td>
			<td>Chemical Products Corporation</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td>Calcined free-flowing (CFF) grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Type Thermocouple Wire (W26%Re, W5%Re)</td>
			<td>Concept Alloys</td>
			<td>N/A</td>
			<td>~0.25 mm diameter is suitable for most experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconia Cement</td>
			<td>Cotronics; Resbond 940 2-part cement</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Use 100 parts powder for every 25 to 28 parts activator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyvinyl Acetate (PVA) Glue</td>
			<td>e.g Bostik</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Often sold as &#39;white glue&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate Glue</td>
			<td>e.g Krazy Glue/Loctite</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piston cylinder pressure vessel and WC piston</td>
			<td>Hi-Quality Carbide Tooling Inc.</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica Glass Tubing</td>
			<td>Quartz Plus</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crushable ZrO2 tubes</td>
			<td>Saint-Gobain</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crushable MgO rods and tubes</td>
			<td>Saint-Gobain</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WC cubes for multi-anvil experiments</td>
			<td>Tungaloy</td>
			<td>Custom Order</td>
			<td>Cubes are grade-F WC alloy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single hole alumina tube for multi-anvil thermocouple</td>
			<td>Vesuvius McDanel</td>
			<td>AXS071730-04-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-hole alumina tube for piston cylinder thermocouple</td>
			<td>Vesuvius McDanel</td>
			<td>AXF1159--07-12&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-hole alumina tube for multi-anvil thermocouple</td>
			<td>Vesuvius McDanel</td>
			<td>AXF1159-04-06</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

metal-silicate partitioning at high pressure and temperature: experimental methods and a protocol to suppress highly siderophile element inclusions

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from their extraction to the core during terrestrial accretion. Experiments to investigate the partitioning of these elements between metal and silicate melts suggest that the PUM composition is best matched if metal-silicate equilibrium occurred at high pressures and temperatures, in a deep magma ocean environment. The behavior of the most highly siderophile elements (HSEs) during this process however, has remained enigmatic. Silicate run-products from HSE solubility experiments are commonly contaminated by dispersed metal inclusions that hinder the measurement of element concentrations in the melt. The resulting uncertainty over the true solubility and metal-silicate partitioning of these elements has made it difficult to predict their expected depletion in PUM. Recently, several studies have employed changes to the experimental design used for high pressure and temperature solubility experiments in order to suppress the formation of metal inclusions. The addition of Au (Re, Os, Ir, Ru experiments) or elemental Si (Pt experiments) to the sample acts to alter either the geometry or rate of sample reduction respectively, in order to avoid transient metal oversaturation of the silicate melt. This contribution outlines procedures for using the piston-cylinder and multi-anvil apparatus to conduct solubility and metal-silicate partitioning experiments respectively. A protocol is also described for the synthesis of uncontaminated run-products from HSE solubility experiments in which the oxygen fugacity is similar to that during terrestrial core-formation. Time-resolved LA-ICP-MS spectra are presented as evidence for the absence of metal-inclusions in run-products from earlier studies, and also confirm that the technique may be extended to investigate Ru. Examples are also given of how these data may be applied.

Следующие примеры и обсуждение внимание на экспериментах, чтобы определить, ПБ и ООС растворимость силикатных расплавов при низкой Ф О 2. Для комплексных примеров того, как МФБ и данные разделами SSE от многопуансонной экспериментов могут быть использованы для ограничения P...

Watch this Scientific Journal Video about Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions at JoVE.co

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

Металл-силикат разделов при высоких давлении и температуре: Экспериментальные методы и протокола для подавления Высоко сидерофильных элементные включений

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Chemical Equilibrium

SCIENTISTS IN ACTION

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

Сапфир сотовый высокого давления для фазовых равновесий Измерения CO<sub&gt; 2</sub&gt; / Органические / Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Ethylene Polymerizations Using Parallel Pressure Reactors and a Kinetic Analysis of Chain Transfer Polymerization

Полимеризацию этилена с использованием параллельных реакторов давления и кинетический анализ переноса цепи полимеризации

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel ...

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

Получение углеродных нанолистов при комнатной температуре

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Протокол синтеза<em&gt; Орто</em&gt; -trifluoromethoxylated анилина

Molecules bearing trifluoromethoxy (OCF3) group often show desired pharmacological and biological properties. However, facile synthesis of ...

Rapid High-throughput Species Identification of Botanical Material Using Direct Analysis in Real Time High Resolution Mass Spectrometry

Rapid Высокая пропускная способность Виды Идентификация ботанического материала с использованием прямого анализа в реальном времени с высоким разрешением масс-спектрометрии

We demonstrate that direct analysis in real time-high resolution mass spectrometry can be used to produce mass spectral profiles of botanical material, ...

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

Высокое давление монокристалл дифракция при РХ ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

Неравновесная микроволновая плазма для эффективной высокотемпературной химии

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography (HPLC)

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography HPLC

Прямолинейный метод глюкозинолатов экстракции и анализа с высоким давлением жидкостной хроматографии (ВЭЖХ)

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

Удобный метод для извлечения и анализа с высокого давления жидкостной хроматографии и их метаболитов катехоламинов нейротрансмиттеров

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds

Раман и ИК Spectroelectrochemical методы как инструменты для анализа конъюгированных органических соединений

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule ...