סימולציה של פלנטריים הפנים בידול תהליכים במעבדה

כוכבי הלכת ארציים כגון כדור הארץ, נוגה, מאדים, מרקורי הם גופים פלנטריים הבדיל הכוללים מעטפת סיליקט וליבה מתכתית. מודל ההיווצרות הכוכבי לכת המודרני מצביע על כך שכוכבי הלכת הארציים נוצרו מהתנגשויות של עוברים פלנטרית ירח למאדים בגודל גדלו מ planetesimals קילומטר בגודל או גדול דרך אינטראקציות כבידה ^1-2. Planetesimals סביר היו מובחן כבר פעם אחת סגסוגות הברזל מתכתיות הגיעו טמפרטורת התכה עקב חימום ממקורות כגון התפרקות רדיואקטיבית של איזוטופים קצרים חיים כגון ²⁶ אל ^ו60 פה, השפעה, ושחרורו של אנרגיה פוטנציאלית ^3. זה חשוב להבין כיצד המתכת נוזלית חלחלה דרך מטריצת סיליקט במהלך ההתמיינות המוקדמת.

בידול Planet יכול להמשיך דרך הפרדת נוזל נוזל יעילה או על ידי הפעפוע של מתכת נוזלית במטריצת סיליקט מוצקה, בהתאםבגודל ובטמפרטורה פנימית של הגופים פלנטריים. הפעפוע של מתכת נוזלית במטריצת סיליקט המוצק עשוי תהליך דומיננטי בהתמיינות הראשונית כאשר הטמפרטורה אינה גבוהה מספיק כדי להמס את הגוף הפלנטרית כולה. היעילות של הפעפוע תלוי בזווית dihedral, נקבעה על ידי אנרגיות interfacial של הממשקים מוצקים מוצקים ומוצק לנוזל. אנחנו יכולים לדמות את התהליך הזה במעבדה על ידי ביצוע ניסויים בלחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה על תערובת של סגסוגת הברזל וסיליקט. מחקרים שנעשה לאחרונה ^4-7 חקרו את יכולת ההרטבה של סגסוגות ברזל נוזלית במטריצת סיליקט מוצקה בלחץ וטמפרטורה גבוהים. הם השתמשו בשיטה קונבנציונלית למדידת הפצות שכיחות היחסית של זוויות dihedral לכאורה בין המתכת נוזלי הרווה והדגנים סיליקט בחתכים המלוטשים לקביעת זווית dihedral האמיתית. השיטה המקובלת מניבה UNC הגדול יחסיתertainties בזווית dihedral נמדדה והטיות אפשריות בהתאם לנתונים סטטיסטי הדגימה. כאן אנו מציגים טכניקת דימות חדשה כדי להמחיש את ההפצה של מתכת נוזלית במטריצת סיליקט בשלושה ממדים (3D) על ידי שילוב של טחינת FIB והדמיה SEM פליטת שדה ברזולוציה גבוהה. טכניקת דימות החדשה מספקת קביעה מדויקת של זווית dihedral ומדד כמותי של עוצמת השבר והקישוריות של השלב הנוזלי.

הליבה של כדור הארץ נוצרה בזמן קצר יחסית (<100 מ'שנים) ^8, ככל הנראה במצב נוזלי בהיסטוריה המוקדמת שלה. מאדים ומרקורי יש גם ליבות נוזלי המבוססות על עיוות גאות שמש מנתוני מארס גלובל מודד מעקב רדיו ⁹ ודפוסי רבב רדאר קשורים לסיבוב כוכבי הלכת ^10, בהתאמה. מודלים אבולוציה תרמית וניסויים התכה בלחץ גבוה על חומרי ליבה תומכים ליבה של מאדים נוזלי נוספים11-12. נתוני חללית Messenger אחרונים מספקים ראיות נוספות לליבה נוזלית של ¹³ מרקורי. סביר להניח שיש לו אפילו את הירח הקטן ליבה נוזלית קטנה המבוססת על ניתוח מחודש האחרון של seismograms הירחי Appollo ^14. ליבות פלנטריות נוזליים עולות בקנה אחד עם אנרגיה גבוהה הצטברות בשלב המוקדם של היווצרות כוכבית לכת. הקירור הבא עשוי להוביל להיווצרות של ליבה פנימית מוצקה לכמה כוכבי לכת. נתונים סייסמיים גילו כי כדור הארץ מורכבת מליבה חיצונית נוזלית וליבה פנימית מוצקה. יש היווצרות של הגרעין הפנימי יש השלכות חשובות על הדינמיקה של הליבה מונעת על ידי convections תרמית וההלחנה והדור של השדה המגנטי של כדור הארץ.

ההתמצקות של הליבה הפנימית נשלטת על ידי את טמפרטורת ההתכה של חומרי ליבה ואת האבולוציה התרמית של הליבה. היווצרות ליבה של כוכבי הלכת ארציים משותפת נתיבי הצטברות דומים, וההרכב הכימי של הליבות נחשב לbדואר נשלט על ידי ברזל עם כ -10 אלמנטי% קלים משקל כגון גופרית (S), סיליקון (Si), חמצן (O), פחמן (C), ומימן (H) ^15. זה חיוני להיות בעל ידע של יחסי ההיתוך במערכות רלוונטיות לליבה, כמו Fe-Fes, Fe-C, Fe-פיאו, Fe-סא, ולחץ גבוה Fe-FeSiat, על מנת להבין את ההרכב של הליבות פלנטרית. במחקר זה, נדגים ניסויים שנערכו במכשיר רב סדן ותא יהלומי סדן, מחקה את התנאים של הליבות פלנטרית. הניסויים מספקים מידע על רצף ההתגבשות ומחיצות אלמנט בין מוצק לנוזל מתכת, מה שמוביל להבנה טובה יותר לדרישות של התגבשות הגרעין הפנימית וההפצה של אלמנטי אור בין הגרעין הפנימי גבישים והליבה נוזלית החוצה. כדי להאריך את יחסי היתוך ללחצים גבוהים מאוד, פיתחנו טכניקות חדשות לנתח דגימות הרווה התאוששו מיהלומי לייזר מחומםניסויי תא nvil. עם טחינת FIB הדיוק של לייזר במקום חימום, אנו קובעים נמסו תוך שימוש בקריטריוני מרקם מרווה צילמו עם רזולוציה גבוהה SEM ואנליזה כימי כמותית עם גלאי להיסחף סיליקון ברזולוציה מרחבית submicron.

כאן אנו מתארים שני סטים של ניסויים לחקות היווצרות ליבת כוכבי הלכת על ידי הפעפוע של מתכת נמסו במטריצת סיליקט בהצטברות מוקדמת והתגבשות גרעין פנימית על ידי קירור לאחר מכן. הסימולציה נועדה כדי להבין את שני תהליכים חשובים באבולוציה של ליבת כוכבי הלכת.