Posted on by

izotopové složení slitin železa závislé na tlaku

izotopy železa omezují chemii jádra

Celkové složení jádra Země je důležitým omezením chemie a vývoje vnitřku naší planety. Dlouhodobým problémem bylo stanovení drobného příspěvku prvku k jeho převážně slitině železo-nikl. Na základě frakcionace izotopů železa různých slitin železa s tlakem, Shahar et al. zjistěte, že uhlík a vodík pravděpodobně nejsou primárními složkami jádra. K frakcionaci dochází při vysokých tlacích tvorby jádra, což naznačuje, že stabilní poměry izotopů železa na Zemi jsou novým a nezávislým omezením složení jádra.

věda, tento problém p. 580

Abstrakt

naše současné chápání formování jádra Země je omezeno skutečností, že tato hluboká událost je od nás fyzicky a časově vzdálená. Složení železného kovu v jádru bylo výsledkem podmínek jeho vzniku, což má důležité důsledky pro geochemický vývoj a fyzikální historii naší planety. Představujeme experimentální a teoretické důkazy o vlivu tlaku na izotopové složení železa, které jsme zjistili, že se liší podle testované slitiny (FeO, FeHx nebo Fe3C versus čistý Fe). Tyto výsledky naznačují, že vodík nebo uhlík není hlavní složkou světelného prvku v jádru. Tlaková závislost izotopového složení železa poskytuje nezávislé omezení složení jádra Země.

separace železného kovu od křemičitanu za vzniku zemského jádra představuje základní fyzikální a chemický diferenciační proces v historii naší planety. Diferenciace planet a asteroidů obecně je založena na teplotě ,tlaku (nebo velikosti těla), fugacitě kyslíku a historii dopadu. Na Zemi, tvorba jádra zanechala mnoho stop ve formě vzorů siderofilních prvků, seismická pozorování, a radiogenní izotopové poměry, které umožňují studie o tom, jak a kdy došlo k diferenciaci. Seismická data ukazují rozdíl hustoty mezi čistým železem a odvozenou hustotou z rychlostí seismických vln uvnitř země. Tento rozpor znamená, že v jádru Země existují“ lehké “ prvky jiné než železo. Protože však přímý odběr vzorků jádra není možný, zůstává jeho složení horkým diskutovaným tématem . Během procesu diferenciace se roztavený železný kov slituje s dalšími prvky na své cestě do středu planetárního těla. Prvky, se kterými se spojuje, budou funkcí podmínek účastnících se tvorby jádra. Abychom porozuměli historii naší planety (nebo jakéhokoli planetárního těla, které zažilo formování jádra), musíme omezit tento světelný prvek v jádru.

princip použití stabilních izotopů ke zkoumání sypkého chemického složení planet je zakořeněn v porozumění frakcionaci izotopů během sekvestrace prvků v neviditelných nádržích, jako je jádro. Izotopová frakcionace bude existovat mezi fázemi s odlišnými vazebnými prostředími (např. zemské jádro a plášť) a oddělení prvků mezi nádržemi projevuje tuto frakcionaci. Frakcionaci ovlivňuje mnoho proměnných, včetně teploty, fugacity kyslíku a složení. Například bylo prokázáno, že izotopové dělení mezi kovem a křemičitanem se zvyšuje, když se do železného kovu přidává rostoucí množství síry (2). Tyto experimenty však byly prováděny za podmínek nízkého tlaku (1 GPa) vzhledem k předpokládaným podmínkám tvorby jádra (~60 GPa) a tlak nebyl považován za kritickou proměnnou ovlivňující frakcionaci izotopů. Joy a Libby (3) vypočítali vliv tlaku na frakcionaci izotopů a navrhli, že frakcionace izotopů kyslíku může být při nízkých teplotách závislá na tlaku. Následující rok však studie (4) experimentálně zkoumala účinek tlaku a nepozorovala Žádný tlakový účinek na rozdělení izotopů kyslíku mezi vodou a hydrogenuhličitanem. Později Clayton a spolupracovníci (5-7) nezjistili Žádný tlakový účinek na frakcionaci minerální vody v rozsahu tlaků (až 2 GPa)a teplot (až 1000 K). V důsledku těchto počátečních studií se předpokládá, že účinek tlaku na frakcionaci izotopů je pro všechny prvky zanedbatelný. Tlakový účinek na frakcionaci izotopů byl navržen v jiné teoretické práci (8) a experimentálně potvrzen pro vodík (9), ale ne pro těžší prvky a vyšší tlaky (10). Lepší přístrojové vybavení však může nakonec vyřešit velmi malé frakcionační účinky a vyšší tlaky mohou osvětlit předpokládanou frakcionaci (11, 12).

abychom otestovali, zda světelný prvek spojený se železem mění frakcionaci izotopů železa mezi kovem a silikátem, provedli jsme experimenty s jaderným rezonančním nepružným rentgenovým rozptylem (NRIXS) na FeO, FeHx, Fe3C a Fe od 2 do 40 GPa. Polyakov a spolupracovníci (11, 13, 14) propagovali použití dat synchrotron NRIXS k získání vibračních vlastností minerálů pro výpočet izotopových frakcionačních faktorů. Můžeme použít data NRIXS k odvození redukovaných poměrů dělicí funkce (β faktory), ze kterých můžeme určit rovnovážné izotopové frakcionační faktory: δA-δB = 1000 × (Ln ßA-ln ßB), kde A A B jsou dvě různé fáze zájmu. Dauphas et al. (15) poskytl vynikající úvod do této techniky a její použitelnosti pro izotopovou geochemii. Hlavní výhodou experimentů NRIXS je, že můžeme zkoumat vibrační vlastnosti jedné fáze najednou. Tradičnější metody používané pro měření frakcionace izotopů vyžadují, aby byly v rovnováze dvě fáze, které je pak třeba oddělit a analyzovat pro jejich izotopové poměry.

provedli jsme vysokotlaké experimenty NRIXS v sektoru 16-ID-D (HPCAT) pokročilého zdroje fotonů v Argonne National Laboratory. Získali jsme energetická spektra od -120 meV do + 150 meV v krocích 0,5 meV s energetickým rozlišením 2 meV. Doba počítání se pohybovala mezi 6 a 7 s na bod, s každým skenováním NRIXS trvajícím asi 1 hodinu as 19 na 50 skenování na tlakový bod. Sto procent izotopicky obohacený 57FeO, 57Fe3C, nebo 57Fe prášek byl vložen do vzorkovací Komory vyvrtané do beryliového těsnění v panoramatické diamantové kovadlinové buňce. Pro hydrid byla komora naplněna čistým 57Fe a tekutinou H2, která reagovala za vzniku FeHx. Tlak byl kalibrován pomocí ruby stupnice na HPCAT (16). Také jsme vypočítali teoretické β faktory z vibračních úrovní různých struktur nesoucích izotop. Vypočítali jsme je pomocí teorie hustoty funkční perturbace (17) v implementaci ABINIT a Quantum Espresso (18, 19) s rovinnými vlnami a pseudopotenciály, ze kterých jsme získali teoretickou fononovou hustotu stavů (20).

zjistili jsme lineární vztahy s tlakem pro Fe, Fe3C, FeHx a FeO, které vykazovaly vynikající shodu s našimi teoretickými výpočty β faktorů (obr. 1). Každá fáze vykazuje zvýšení β faktoru s tlakem; navíc jsou svahy každé linie odlišné. Izotopová frakcionace mezi každou fází a čistým kovem Fe vykazuje různé svahy a zachycuje různé tlakové závislosti (obr. 2). Můžeme to vysvětlit očekávanými rozdíly ve vazbě mezi železem a jeho různými legujícími prvky.

obr. 1 tlaková závislost 57 / 54Fe β faktoru pro různé zkoumané fáze železa.

pro všechny analyzované fáze lze pozorovat jasnou závislost tlaku na β faktoru. A) faktor β jako funkce tlaku pro čistý Fe. Šedé čtverce jsou experimentální data; zelené kruhy jsou teoretické výpočty. (B) β faktor jako funkce tlaku pro Fe3C. černé čtverce jsou experimentální data; zelené kruhy jsou teoretické výpočty. (C) β faktor jako funkce tlaku pro FeHx. Modré čtverce jsou experimentální data; zelené kruhy jsou teoretické výpočty. D) faktor β jako funkce tlaku pro FeO. Červené čtverce jsou experimentální data. Každý tlakový bod byl měřen nejméně 19krát a až 40krát. Chyby na experimentálních datech jsou ±2 SD.

obr. 2 Rozdíl v poměrech izotopů železa slitiny vzhledem k čistému Fe jako funkce tlaku.

červená čára je rozdíl poměru izotopů FeO-Fe, modrá čára je FeHx-Fe a černá čára je Fe3C – Fe. Kde čáry protínají 0 na ose y představuje tlak, kde nedochází k frakcionaci izotopů mezi fázemi a čistým Fe. Je vidět, že frakcionace izotopů železa se mění s tlakem. Δ57Fealloy – Fe = δ57Fealloy – δ57FeFe = 103 × (ln ßalloy57/54Fe-Ln ßFe57/54Fe).

v rovnováze je frakcionace izotopů kvantovým mechanickým účinkem způsobeným rozdíly ve volné energii struktur osídlených různými izotopy. Izotopové tlakové závislosti mohou být výsledkem izotopových účinků na molární objem nebo mohou být způsobeny konstantním ztuhnutím síly, jak se struktury stahují. Efekt izotopů molárního objemu byl rozsáhle diskutován a nastává, když těžké izotopy vytvářejí o něco kratší vazby, a proto se balí těsněji než lehké. Teoretické a experimentální studie vlivu izotopů na molární objemy prvků s atomovými čísly pokrývajícími železo (např., uhlík a germanium) naznačují, že izotopové účinky na objem jsou při standardní teplotě a tlaku velmi malé (méně než jedna část v 10-3 pro 13C versus 12C v diamantu, ~10-5 pro 74Ge versus přírodní germanium). Dále účinky molárního objemu slábnou, jak se teplota zvyšuje nad teplotu Debye (21, 22) a také se zvyšujícím se tlakem (22). Proto očekáváme, že tento účinek bude zanedbatelný pro frakcionaci izotopů železa při tlacích a teplotách relevantních pro segregaci jádra. Stejný závěr byl dosažen v předchozí teoretické studii vysokotlaké frakcionace izotopů železa (11). Naše teoretické výpočty se zaměřují na zvýšení silových konstant a odpovídajících vibračních frekvencí v důsledku ztuhnutí vazby při kompresi.

zjistili jsme, že tlak má jasný účinek na frakcionaci izotopů mezi pevnými fázemi a že tento účinek je odlišný pro různé slitiny (obr. 1 a 2). Zejména zjistíme, že slitiny železa, které jsme studovali, nesoustředí izotopy železa ve stejné míře. Jako uhlík, vodík, a kyslík jsou kosmochemicky hojné a byly navrženy jako možní kandidáti na hlavní světelný prvek v planetárních jádrech, frakcionace izotopů železa může být sledovačem kompozic světelných prvků v planetárních jádrech. Slitina železa a vodíku a slitina železa a uhlíku mají největší frakcionaci ve srovnání s čistým železem v typickém prostředí magmatického oceánu při ~60 GPa (23). Obsah vodíku v jádře je špatně omezen, přičemž odhady se pohybují od zanedbatelných až po ekvivalent 100 hydrosfér (24). Odhady obsahu uhlíku v jádře jsou menší než ~1 hmotnostní procento (25, 26). Protože naše data byla shromážděna při pokojové teplotě, vypočítali jsme teplotní účinek na frakcionaci bridgmanitu (27) vzhledem k fázím železa (obr. 3) (18). Při 3500 K je frakcionace pro čistý Fe ~0,03 na mil (‰) a pro FeHx ~0,07‰.

obr. 3 frakcionace izotopů železa mezi fázemi bridgmanitu a železa v závislosti na teplotě.

červená čára je rozdíl poměru izotopů bridgmanite – FeO, šedá čára je bridgmanite – Fe, černá čára je bridgmanite – Fe3C a modrá čára je bridgmanite – FeHx. Za podmínek tvorby jádra lze pozorovat malou, ale rozlišitelnou frakcionaci ve všech slitinách, přičemž u Fe3C a FeHx je mnohem větší než u Fe a FeO. Δ57Febridgmanite – Fe = δ57Febridgmanite-δ57FeFe.

počáteční práce na izotopech železa na přírodních vzorcích určily, že „země“ (tj.1 heavier těžší v δ57/54 než skály z Marsu a Vesta (28). Předpovědi (11) dospěly k závěru, že diferenciace jádra a pláště by zanechala otisk podpisu izotopu železa na Zemi kvůli rozdílu stavu valence Fe mezi minerály nesoucími Fe2 + s nižším pláštěm a kovem Fe0 na hranici jádra a pláště. Tato studie naznačila, že obohacení pozemských a lunárních čedičů v izotopech těžkého železa ve srovnání s izotopy z Marsu nebo Vesta je způsobeno rovnovážnou frakcionací izotopů železa během formování jádra Země. Následná vysvětlení však tvrdila, že sypká silikátová země je chondritická a že jsou to pozemské čediče, které jsou anomální (29). Model naznačuje, že izotopové složení železa v čedičích bylo odlišné od složení zdrojové horniny, ze které pocházejí; to je, frakcionace izotopů železa nastává během částečného tavení. Pokud je tedy sypká křemičitá zemina chondritická ve svých poměrech izotopů železa, měla by mít δ57 / 54 0‰. Pokud tomu tak je, pak žádný světelný prvek, který způsobuje dostatečně velkou frakcionaci při vysokém tlaku a teplotě, aby se od této hodnoty odchýlil, nemůže být hlavní složkou jádra. Upozornění je, že pokud by bylo zjištěno, že sypká silikátová země je nechondritická, pak by světelný prvek, který způsobuje frakcionaci dostatečně velkou, aby byl vidět-jako je vodík-byl nejpravděpodobnějším kandidátem na světelný prvek v jádru.

naše výsledky naznačují, že tvorba jádra by mohla zanechat izotopový otisk na silikátové části země i při nejvyšších tlacích a teplotách. Kromě toho bude přidání různých světelných prvků modulovat tento otisk. Zejména naše výsledky naznačují, že pokud by byl vodík nebo uhlík použit k vysvětlení deficitu hustoty v jádru Země, očekávali bychom izotopový podpis potištěný v plášťových horninách, což není vidět v horninovém záznamu. Nedostatek důkazů pro tento podpis naznačuje, že vodík a uhlík by měly být vyloučeny jako hlavní světelný prvek v jádru Země (obr. 4). V literatuře došlo k podstatným neshodám ohledně toho, zda uhlík a/nebo vodík jsou pravděpodobně hlavními složkami jádra, na základě jiných důkazů, takže tato studie poskytuje nezávislé omezení. Naproti tomu jsme zjistili, že kyslík nezanechává otisk na silikátovém plášti, což znamená, že alespoň pro fáze, které jsme analyzovali, je kyslík možným světelným prvkem v jádru (1). Je zajímavé, že světelný prvek mění poměry izotopů s těmito složeními koncových členů. Je třeba zkoumat účinky jiných světelných prvků (jako je křemík a síra) na poměry izotopů železa, jakož i účinky niklu a struktury indukované tlakem, elektronických a magnetických přechodů. Nicméně, nyní je jasné, že tlak nelze ignorovat při diskusi o rovnovážné stabilní frakcionaci izotopů v hluboké Zemi.

obr. 4 schéma důsledků této studie s ohledem na poměry izotopů železa současného pláště.

(A) Průřez země ukazující poměr izotopů železa pláště po vytvoření jádra, pokud byl Fe jediným prvkem v jádru. B až D) stejné jako a) pokud byl přítomen vodík (B), kyslík (C) nebo uhlík (D). Hodnoty 57Femantle V (A) A (C) nejsou řešitelné současnými technologickými možnostmi, ale hodnoty v (B) A (D) jsou velmi řešitelné

doplňkové materiály

www.sciencemag.org/content/352/6285/580/suppl/DC1

materiály a metody

doplňkový Text

obr. S1 až S7

reference (33-43)

reference a poznámky

  1. ↵
    1. j.Badro,
    2. A. S. Côté,
    3. J. P. Brodholt

    , seismologicky konzistentní kompoziční model zemského jádra. Proc. Natle. Acad. Věda. U. S. A. 111, 7542-7545 (2014). doi: 10.1073 / pnas.1316708111pmid:24821817

  2. ↵
    1. a. Shahar,
    2. V. J. Hillgren,
    3. M. F. Horan,
    4. J. Mesa-Garcia,
    5. L. A. Kaufman,
    6. T. D. Mock

    , experimenty frakcionace izotopů železa řízené sírou při tvorbě jádra v planetárních tělech. Geochim. Cosmochim. Acta 150, 253-264 (2015). doi: 10.1016 / j. gca.2014.08.011

  3. ↵
    1. h. W. Joy,
    2. W. F. Libby

    , účinky velikosti mezi izotopovými molekulami. J. Chem. Phys. 33, 1276 (1960). doi:10.1063/1.1731392

  4. ↵
    1. T. C. Hoering

    , vliv fyzikálních změn na izotopovou frakcionaci. Carnegie Inst. Umýt. Rok. 60, 201–204 (1961).

  5. ↵
    1. R. N. Clayton,
    2. J. R. Goldsmith,
    3. K. J. Karel,
    4. T. K. Mayeda,
    5. R. C. Newton

    , limity vlivu tlaku na izotopovou frakcionaci. Geochim. Cosmochim. Acta 39, 1197-1201 (1975). doi:10.1016/0016-7037(75)90062-9

    1. y. Matsuhisa,
    2. J. R. Goldsmith,
    3. R. N. Clayton

    , izotopová frakcionace kyslíku v systému křemen-Albit-anorthit-voda. Geochim. Cosmochim. Acta 43, 1131-1140 (1979). doi: 10.1016/0016-7037(79)90099-1

  7. ↵
    1. a. Matthews,
    2. J. R. Goldsmith,
    3. R. N. Clayton

    , frakcionace izotopů kyslíku zahrnující pyroxeny: kalibrace geotermometrů s minerálními páry. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 631-644 (1983). doi:10.1016/0016-7037(83)90284-3

  8. ↵
    1. v. Polyakov

    , o anharmonických a tlakových korekcích rovnovážných izotopových konstant pro minerály. Geochim. Cosmochim. Acta 62, 3077-3085 (1998). doi: 10.1016 / S0016-7037(98)00220-8

  9. ↵
    1. J. Horita,
    2. T. Driesner,
    3. D. R. Cole

    , Vliv tlaku na frakcionaci izotopů vodíku mezi brucitem a vodou při zvýšených teplotách. Věda 286, 1545-1547 (1999). doi: 10.1126 / věda.286.5444.1545 pmid:10567257

  10. ↵
    1. F. Poitrasson,
    2. m. Roskosz,
    3. a. Corgne

    , žádná frakcionace izotopů železa mezi roztavenými slitinami a silikátovou taveninou na 2000°C a 7,7 GPa: Experimentální důkazy a důsledky pro planetární diferenciaci a narůstání. planeta. Věda. Lette. 278, 376–385 (2009). doi: 10.1016 / j. epsl.2008.12.025

  11. ↵
    1. V. B. Polyakov

    , rovnovážná frakcionace izotopů železa v okrajových podmínkách jádra a pláště. Věda 323, 912-914 (2009). doi: 10.1126 / věda.1166329pmid:19213913

  12. ↵
    1. J. R. Rustad,
    2. Q. – Z. Yin

    , frakcionace izotopů železa v dolním plášti Země. Adresa. Geosci. 2, 514–518 (2009). doi: 10.1038/ngeo546

  13. ↵
    1. V. Polyakov,
    2. S. D. Mineev,
    3. R. Clayton,
    4. G. Hu,
    5. K. S. Mineev

    , Determination of tin equilibrium isotope fractionation factors from synchrotron radiation experiments. Geochim. Cosmochim. Acta 69, 5531–5536 (2005). doi:10.1016/j.gca.2005.07.010

  14. ↵
    1. V. Polyakov,
    2. R. Clayton,
    3. J. Horita,
    4. S. Mineev

    , Equilibrium iron isotope fractionation factors of minerals: Přehodnocení z dat jaderného nepružného rezonančního rentgenového rozptylu a Mössbauerovy spektroskopie. Geochim. Cosmochim. Acta 71, 3833-3846 (2007). doi: 10.1016 / j. gca.2007.05.019

  15. ↵
    1. N. Dauphas,
    2. m. Roskosz,
    3. E. E. Alp,
    4. D. C. Golden,
    5. C. K. Sio,
    6. F. L. H. Tissot,
    7. m. Hu,
    8. J. Zhao,
    9. L. Gao,
    10. R. v. Morris

    , a general moment nrixs approach ke stanovení rovnovážných Fe izotopových Frakcionačních faktorů: Aplikace na goethite a jarosite. Geochim. Cosmochim. Acta 94, 254-275 (2012). doi: 10.1016 / j. gca.2012.06.013

  16. ↵
    1. H. K. Mao,
    2. J. Xu,
    3. P. M. Bell

    , kalibrace rubínového manometru na 800 kbar za kvazi-hydrostatických podmínek. J. Geofys. 91, 4673-4676 (1986). doi: 10.1029 / JB091iB05p04673

  17. ↵
    1. s. Baroni,
    2. S. de Gironcoli,
    3. a. Dal Corso,
    4. P. Giannozzi

    , fonony a související vlastnosti krystalů z teorie hustotně-funkčních poruch. Rev.Mod. Phys. 73, 515–562 (2001). doi: 10.1103 / RevModPhys.73.515

  18. ↵
    1. X. Gonze,
    2. B. Amadon,
    3. P.-M. Anglade,
    4. J.-M. Beuken,
    5. F. Bottin,
    6. P. Boulanger,
    7. F. Bruneval,
    8. D. Caliste,
    9. R. Caracas,
    10. M. Côté,
    11. T. Deutsch,
    12. L. Genovese,
    13. P. Ghosez,
    14. M. Giantomassi,
    15. S. Goedecker,
    16. D.R. Hamann,
    17. P. Hermet,
    18. F. Jollet,
    19. g. Jomard,
    20. s. Leroux,
    21. m. Mancini,
    22. s. Mazevet,
    23. M. J. T. Oliveira,
    24. g. Onida,
    25. y. Pouillon,
    26. T. Rangel,
    27. g.-m. Rignanese,
    28. d. Sangalli,
    29. R. Shaltaf,
    30. m. Torrent,
    31. M. J. Verstraete,
    32. g. Zerah,
    33. J. W. Zwanziger

    , Abinit: First-Principles approach to material and Nanosystem Properties. Comput. Phys. Komunista. 180, 2582–2615 (2009). doi:10.1016 / CP2009.07.007

  19. ↵
    1. P. Giannozzi,
    2. s. Baroni,
    3. N. Bonini,
    4. m. Calandra,
    5. R. Car,
    6. C. Cavazzoni,
    7. d. Ceresoli,
    8. g. l. Chiarotti,
    9. m. Cococcioni,
    10. I. Dabo,
    11. a. Dal Corso,
    12. S. de Gironcoli,
    13. s. Fabris,
    14. g. Fratesi,
    15. R. Gebauer,
    16. u. Gerstmann,
    17. C. Gougoussis,
    18. a. Kokalj,
    19. m. Lazzeri,
    20. L. Martin-Samos,
    21. N. Marzari,
    22. F.Mauri,
    23. R. Mazzarello,
    24. s. Paolini,
    25. a. Pasquarello,
    26. L. Paulatto,
    27. C. Sbraccia,
    28. s. Scandolo,
    29. g. Sclauzero,
    30. A. P. Seitsonen,
    31. a. smogunov,
    32. P. Umari,
    33. R. M. Wentzcovitch

    , quantum Espresso: modulární a Open-Source softwarový projekt pro kvantové Simulace materiálů. J.Phys. Condens. Matter 21, 395502 (2009). doi:10.1088/0953-8984/21/39/395502pmid:21832390

  20. ↵viz doplňkové materiály o vědě Online.
  21. ↵
    1. R. C. Buschert,
    2. A. E. Merlini,
    3. s.Pace,
    4. s. Rodriguez,
    5. M. H. Grimsditch

    , vliv koncentrace izotopů na mřížkový parametr dokonalých krystalů Germania. Phys. Rev. B 38, 5219-5221 (1988). doi: 10.1103 / PhysRevB.38.5219

  22. ↵
    1. C. P. Herrero

    , izotopový hmotnostní a mřížkový parametr diamantu; simulace dráhy-integrál. J.Phys. Condens. Záležitost 13, 5127-5134 (2001). doi: 10.1088/0953-8984/13/22/309

  23. ↵
    1. J. Siebert,
    2. J. Badro,
    3. d. Antonangeli,
    4. F. J. Ryerson

    , terestrická akrece za oxidačních podmínek. Věda 339, 1194-1197 (2013). doi: 10.1126 / věda.1227923pmid:23306436

  24. ↵
    1. Q. Williams,
    2. R. J. Hemley

    , vodík v hluboké Zemi. Annu. Rev. Planeta Země. Věda. 29, 365–418 (2001). doi: 10.1146 / annurev.zem.29.1.365

  25. ↵
    1. B. Dřevo,
    2. J. Li,
    3. a. Shahar

    , uhlík v jádru: jeho vliv na vlastnosti jádra a pláště. Rev. Mineral. Geochem. 75, 231–250 (2013). doi: 10.2138 / rmg.2013.75.8

  26. ↵
    1. B.Chen,
    2. z. Li,
    3. d. Zhang,
    4. J. Liu,
    5. M. Y. Hu,
    6. J. Zhao,
    7. W. Bi,
    8. E. E. Alp,
    9. y. Xiao,
    10. P. Chow,
    11. J. Li

    , skrytý uhlík ve vnitřním jádru Země odhalený smykové změkčení v hustém Fe7c3. Proc. Natle. Acad. Věda. USA. 111, 17755–17758 (2014).pmid:25453077

  27. ↵
    1. o. Tschauner,
    2. C. Ma,
    3. J. R. Beckett,
    4. C. Prescher,
    5. V. B. Prakapenka,
    6. g. r. Rossman

    , objev bridgmanitu, nejhojnějšího minerálu na Zemi, v šokovaném meteoritu. Věda 346, 1100-1102 (2014). doi: 10.1126 / věda.1259369pmid:25430766

  28. ↵
    1. F. Poitrasson,
    2. A. N. Halliday,
    3. D. C. Lee,
    4. s. Levasseur,
    5. N. Teutsch

    , rozdíly izotopů železa mezi Zemí, měsícem, Marsem a vestou jako možné záznamy kontrastních akrečních mechanismů. planeta. Věda. Lette. 223, 253–266 (2004). doi: 10.1016 / j. epsl.2004.04.032

  29. ↵
    1. P. R. Craddock,
    2. J. M. Warren,
    3. N. Dauphas

    , propastné peridotity odhalují téměř chondritické Fe izotopové složení Země. planeta. Věda. Lette. 365, 63–76 (2013). doi: 10.1016 / j. epsl.2013.01.011

  30. ↵
    1. R. Caracas

    , vliv vodíku na seismické vlastnosti pevného železa. Geofy. Res. Lette. 42, 3780–3785 (2015). doi: 10.1002 / 2015GL063478

    1. K. D. Litasov,
    2. z. I. Popov,
    3. P. N. Gavryushkin,
    4. S. G. Ovchinnikov,
    5. A. S. Fedorov

    , výpočty prvních principů stavových rovnic a relativní stability karbidů železa při tlacích jádra Země. Russi. Geole. Geofy. 56, 164–171 (2015). doi: 10.1016 / j. rgg.2015.01.010

  32. ↵
    1. T. Sakamaki,
    2. E.Ohtani,
    3. h. Fukui,
    4. s. Kamada,
    5. s. Takahashi,
    6. T. Sakairi,
    7. a. Takahata,
    8. T. Sakai,
    9. s. Tsutsui,
    10. d. Ishikawa,
    11. R. Shiraishi,
    12. y. Seto,
    13. T. Tsuchiya,
    14. A. Q. Baron

    , omezení na složení vnitřního jádra Země odvozené z měření rychlosti zvuku HCP-železa v extrémních podmínkách. Věda. ADV. 2, e1500802 (2016). doi: 10.1126 / sciadv.1500802pmid:26933678

  33. ↵
    1. W. L. Mao,
    2. W. Sturhahn,
    3. d. l. Heinz,
    4. H. – K. Mao,
    5. J. Shu,
    6. R. J. Hemley

    , jaderný rezonanční rentgenový rozptyl hydridu železa při vysokém tlaku. Geofy. Res. Lette. 31, L15618 (2004). doi: 10.1029 / 2004GL020541

    1. M. M. Elcombe,
    2. J. R. Hulston

    , výpočet frakcionace izotopů síry mezi sfaleritem a galenou pomocí mřížkové dynamiky. planeta. Věda. Lette. 28, 172–180 (1975). doi: 10.1016/0012-821X(75)90224-1

    1. m. Blanchard,
    2. F.Poitrasson,
    3. m. Méheut,
    4. m. Lazzeri,
    5. F. Mauri,
    6. E. Balan

    , frakcionace izotopů železa mezi pyritem (FeS2), hematitem (Fe2O3) a sideritem (FeCO3): studie funkční teorie hustoty první principy. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 6565-6578 (2009). doi: 10.1016 / j. gca.2009.07.034

    1. s. Ponc

    , é G. Antonius, P. Boulanger, e. Cannuccia, a. Marini, m. Côté, X. Gonze, ověření kódů prvních principů: porovnání celkových energií, fononových frekvencí, elektronové vazby a korekce pohybu s nulovým bodem k mezeře mezi ABINITEM a QE / Yambo. Comput. Matry. Věda. 83, 341–348 (2014). doi: 10.1016 / j. commatsci.2013.11.031

    1. J. P. Perdew,
    2. K. Burke,
    3. y. Wang

    , zobecněná gradientní aproximace pro výměnně korelační otvor mnohaelektronového systému. Phys. Reverende Lette. 54, 16533–16539 (1996). doi: 10.1103 / PhysRevB.54.16533

    1. B. N. Brockhouse,
    2. h. E. Abou-Helal,
    3. E. D. Hallman

    , mřížkové vibrace v železe při 296°k. Solid State Commun. 5, 211–216 (1967). doi: 10.1016 / 0038-1098 (67)90258-X

    1. E. Knittle,
    2. R. Jeanloz,
    3. g. L. Smith

    , tepelná roztažnost silikátového perovskitu a stratifikace zemského pláště. Příroda 319, 214-216 (1986). doi: 10.1038 / 319214a0

    1. B. Chen,
    2. L. Gao,
    3. K. Funakoshi,
    4. J. Li

    , tepelná roztažnost slitin bohatých na železo a důsledky pro zemské jádro. Proc. Natle. Acad. Věda. U. S. A. 104, 9162-9167 (2007). doi: 10.1073 / pnas.0610474104pmid:17446274

    1. W. Sturhahn

    , jaderná rezonanční spektroskopie. J.Phys. Condens. Záležitost 16, S497-S530 (2004). doi:10.1088/0953-8984/16/5/009

    1. N. Dauphas,
    2. m. Roskosz,
    3. E. E. Alp,
    4. D. R. Neuville,
    5. M. Y. Hu,
    6. C. K. Sio,
    7. F. L. H. Tissot,
    8. J. Zhao,
    9. L. Tissandier,
    10. E. M

    , é C. dard, Cordier, Magma redox a strukturální kontroly variací izotopů železa v zemském plášti a kůře. planeta. Věda. Lette. 398, 127–140 (2014). doi: 10.1016 / j. epsl.2014.04.033

  43. ↵
    1. C. a. Murphy,
    2. J. M. Jackson,
    3. W. Sturhahn

    , experimentální omezení termodynamiky a rychlosti zvuku hcp-Fe k jádrovým tlakům. J. Geofys. Rez.118, 1999-2016 (2013). doi: 10.1002 / jgrb.50166

poděkování: podporováno Stanford University Blaustein Fellowship, během kterého tento projekt vyvinul, a NSF grant EAR1321858 (a. s.); NSF grant EAR1464008 (A. S. A W. m.); NSF grant EAR1530306 (E. A. S.); A CNRS PICS grant Carmelts a eDARI/CINES grant x2015106368 pro výpočetní zdroje (R. C.). Kompletní datové tabulky pro tuto studii naleznete na www.gl.ciw.edu/static/users/ashahar/shahar_nrixs/. Děkujeme čtyřem anonymním recenzentům za poskytnutí velmi užitečných komentářů a návrhů.

Published by admin

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.