Posted on by

trykafhængig isotopisk sammensætning af jernlegeringer

Jernisotoper begrænser kernekemi

den samlede sammensætning af Jordens kerne er en vigtig begrænsning for Kemi og udvikling af vores planets indre. Et langvarigt problem har været at bestemme det mindre elementbidrag til dets overvejende jern-nikkellegering. Baseret på jernisotopfraktioneringen af forskellige jernlegeringer med tryk, Shahar et al. find ud af, at kulstof og brint sandsynligvis ikke er primære komponenter i kernen. Fraktioneringen sker ved det høje tryk ved kernedannelse, hvilket antyder, at de stabile jernisotopforhold på jorden er en ny og uafhængig begrænsning af kernesammensætningen.

Videnskab, dette nummer p. 580

abstrakt

vores nuværende forståelse af Jordens kernedannelse er begrænset af det faktum, at denne dybe begivenhed er langt væk fra os fysisk og midlertidigt. Sammensætningen af jernmetallet i kernen var et resultat af betingelserne for dets dannelse, hvilket har vigtige konsekvenser for vores planets geokemiske udvikling og fysiske historie. Vi præsenterer eksperimentelle og teoretiske beviser for virkningen af tryk på jernisotopisk sammensætning, som vi fandt at variere alt efter den testede legering (FeO, Fehks eller Fe3C versus ren Fe). Disse resultater antyder, at brint eller kulstof ikke er den største lyselementkomponent i kernen. Trykafhængigheden af jernisotopisk sammensætning tilvejebringer en uafhængig begrænsning af Jordens kernesammensætning.

adskillelsen af jernmetal fra silikat til dannelse af Jordens kerne repræsenterer en grundlæggende fysisk og kemisk differentieringsproces i vores planets historie. Differentiering af planeter og asteroider generelt er baseret på temperatur, tryk (eller kropsstørrelse), iltfugacitet og påvirkningshistorie. På jorden, kernedannelse efterlod mange spor i form af siderofile elementmønstre, seismiske observationer, og radiogene isotopforhold, der muliggør undersøgelser af, hvordan og hvornår differentiering fandt sted. Seismiske data viser en tæthedsforskel mellem rent jern og den udledte tæthed fra hastighederne af de seismiske bølger inden for Jordens indre. Denne uoverensstemmelse indebærer, at der er andre “lette” elementer end jern i Jordens kerne. Men fordi direkte prøveudtagning af kernen er umulig, forbliver dens sammensætning et varmt debatteret emne . Under differentieringsprocessen legeres det smeltede jernmetal med andre elementer på sin rute til midten af planetlegemet. De elementer, det binder med, vil være en funktion af de betingelser, der deltager i kernedannelse. For at forstå vores planets historie (eller enhver planetarisk krop, der oplevede kernedannelse), skal vi begrænse dette lyselement i kernen.

princippet om at anvende stabile isotoper til at undersøge den kemiske sammensætning af planeter i bulk er forankret i forståelsen af isotopfraktionering under sekvestrering af elementer i usete reservoirer såsom kernen. Isotopfraktionering vil eksistere mellem faser med forskellige bindingsmiljøer (f.eks. Jordens kerne og kappe), og adskillelse af elementer mellem reservoirer manifesterer denne fraktionering. Mange variabler påvirker fraktioneringen, herunder temperatur, iltfugacitet og sammensætning. For eksempel blev isotopisk opdeling mellem metal og silikat vist at stige, når stigende mængder svovl blev tilsat til jernmetal (2). Imidlertid blev disse eksperimenter udført ved lavtryksbetingelser (1 GPa) i forhold til de formodede betingelser for kernedannelse (~60 GPa), og tryk blev ikke betragtet som en kritisk variabel i påvirkning af isotopfraktionering. Joy og Libby (3) beregnet effekten af tryk på isotopfraktionering og foreslog, at iltisotopfraktionering kan være trykafhængig ved lave temperaturer. Det følgende år undersøgte en undersøgelse (4) Imidlertid effekten af tryk eksperimentelt og observerede ingen trykeffekt på iltisotoppartitionering mellem vand og bicarbonat. Senere fandt Clayton og kolleger (5-7) ingen trykeffekt på mineralvandsfraktionering over en række tryk (op til 2 GPa) og temperaturer (op til 1000 K). Som et resultat af disse indledende undersøgelser, virkningen af tryk på isotopfraktionering er antaget at være ubetydelig for alle elementer. En trykeffekt på isotopfraktionering blev foreslået i andet teoretisk arbejde (8) og bekræftet eksperimentelt for hydrogen (9), men ikke for tungere grundstoffer og højere tryk (10). Imidlertid kan bedre instrumentering i sidste ende være i stand til at løse meget små fraktionseffekter, og højere tryk kan belyse den forudsagte fraktionering (11, 12).

for at teste, om lyselementet bundet med jern ændrer jernisotopfraktionering mellem metal og silikat, gennemførte vi nukleare resonansuelastiske røntgenspredningsforsøg på FeO, Fehks, Fe3C og Fe fra 2 til 40 GPA. Polyakov og kolleger (11, 13, 14) var banebrydende for brugen af synkrotron nriks data for at opnå vibrationsegenskaber af mineraler til beregning af isotopfraktioneringsfaktorer. Vi kan bruge NRIKS-data til at udlede reducerede partitionsfunktionsforhold (Kurt-faktorer), hvorfra vi kan bestemme ligevægtsisotopiske fraktioneringsfaktorer: 1000 (Ln – Ln – Ln-Ln), hvor A og B er to forskellige faser af interesse. Dauphas et al. (15) gav en fremragende introduktion til denne teknik og dens anvendelighed til isotopgeokemi. En stor fordel ved NRIKS eksperimenter er, at vi kan undersøge vibrationsegenskaberne i en fase ad gangen. Mere traditionelle metoder, der anvendes til måling af isotopfraktionering, kræver at have to faser i ligevægt, som derefter skal adskilles og analyseres for deres isotopforhold.

vi gennemførte højtryksforsøg ved sektor 16-ID-d (HPCAT) af den avancerede Fotonkilde på Argonne National Laboratory. Vi opnåede energispektre fra -120 meV til +150 meV i trin på 0,5 meV med en energiopløsning på 2 meV. Tælletiden varierede mellem 6 og 7 s pr.punkt, hvor hver NRIKSS-scanning varede omkring 1 time og med 19 Til 50 scanninger pr. trykpunkt. Hundrede procent isotopisk beriget 57feo, 57fe3c, eller 57fe pulver blev indlæst i et prøvekammer boret i en berylliumpakning i en panoramisk diamantambolcelle. For hydridet blev kammeret fyldt med ren 57Fe og væske H2, som reagerede for at danne Fehks. Trykket blev kalibreret ved hjælp af rubinskalaen ved HPCAT (16). Vi har også beregnet de teoretiske prisfaktorer ud fra vibrationsniveauerne i forskellige isotopbærende strukturer. Vi beregnet disse ved hjælp af densitet funktionel forstyrrelse teori (17) i abinit og kvante Espresso implementering (18, 19) med plane bølger og pseudopotentialer, hvorfra vi opnåede den teoretiske fonon tæthed af stater (20).

vi fandt lineære forhold til tryk for Fe, Fe3C, Fehks og FeO, der viste fremragende overensstemmelse med vores teoretiske beregninger af kursfaktorer (Fig. 1). Hver fase viser en stigning i prisfaktoren med tryk; desuden er skråningerne af hver linje forskellige. Den isotopiske fraktionering mellem hver fase og rent Fe-metal viser forskellige skråninger og aflytninger, der indikerer forskellige trykafhængigheder (Fig. 2). Vi kan forklare dette ved de forventede forskelle i binding mellem jern og dets forskellige legeringselementer.

Fig. 1 Trykafhængighed af 57 / 54fe-koefficienten for de forskellige undersøgte jernfaser.

der kan ses en klar trykafhængighed af kursfaktoren for alle de analyserede faser. (A) den primære faktor som en funktion af tryk for ren Fe. Grå firkanter er eksperimentelle data; grønne cirkler er teoretiske beregninger. (B) Den Røde faktor som en funktion af tryk for Fe3C. sorte firkanter er eksperimentelle data; grønne cirkler er teoretiske beregninger. (C) den primære faktor som en funktion af tryk for fem. Blå firkanter er eksperimentelle data; grønne cirkler er teoretiske beregninger. (D) den primære faktor som en funktion af tryk for FeO. Røde firkanter er eksperimentelle data. Hvert trykpunkt blev målt mindst 19 gange og så mange som 40 gange. Fejlene på de eksperimentelle data er kr2 SD.

Fig. 2 forskel i jernisotopforholdet af legeringen med hensyn til ren Fe som funktion af tryk.

den røde linje er isotopforholdet forskel på FeO-Fe, den blå linje er fem-Fe, og den sorte linje er Fe3C – Fe. Hvor linjerne krydser 0 på y-aksen repræsenterer trykket, hvor der ikke er nogen isotopfraktionering mellem faser og ren Fe. Jernisotopfraktioneringen kan ses at ændre sig med tryk. Δ57Fealloy − Fe = δ57Fealloy – δ57FeFe = 103 × (ln ßalloy57/54Fe – ln ßFe57/54Fe).

ved ligevægt er isotopfraktionering en kvantemekanisk effekt forårsaget af forskelle i den frie energi af strukturer befolket af forskellige isotoper. Isotopiske trykafhængigheder kan være resultatet af isotopiske virkninger på molært volumen eller kan være forårsaget af kraft konstant afstivning, når strukturer trækker sig sammen. Den molære volumenisotopeffekt er blevet diskuteret i vid udstrækning og opstår, når tunge isotoper skaber lidt kortere bindinger og derfor pakker tættere end lette. Teoretiske og eksperimentelle undersøgelser af isotopeffekter på de molære volumener af grundstoffer med atomnumre, der spænder over jern (f. eks., kulstof og germanium) indikerer, at isotopeffekter på volumen er meget små ved standard temperatur og tryk (mindre end en del i 10-3 for 13C versus 12c i diamant, ~10-5 for 74ge versus naturlig germanium). Desuden falder molære volumeneffekter, når temperaturen stiger ud over Debye-temperaturen (21, 22) og også når trykket stiger (22). Vi forventer derfor, at denne effekt er ubetydelig for jernisotopfraktionering ved tryk og temperaturer, der er relevante for kernesegregering. Den samme konklusion blev nået i en tidligere teoretisk undersøgelse af højtryks jernisotopfraktionering (11). Vores teoretiske beregninger er målrettet mod stigningen i kraftkonstanter og tilsvarende vibrationsfrekvenser på grund af bindingsstivning under kompression.

vi finder, at tryk har en klar effekt på isotopfraktionering mellem faste faser, og at denne effekt er forskellig for de forskellige legeringer (Fig. 1 og 2). Især finder vi, at de jernlegeringer, vi studerede, ikke koncentrerer jernisotoperne i samme grad. Som kulstof, brint, og ilt er alle kosmokemisk rigelige og er blevet foreslået som mulige kandidater til hovedlyselementet i planetariske kerner, jernisotopfraktionering kan være et sporstof af lyselementsammensætninger i planetariske kerner. Jern-brintlegeringen og jern-kulstoflegeringen har den største fraktionering i forhold til rent jern i en typisk magma-havindstilling ved ~60 GPa (23). Hydrogenindholdet i kernen er dårligt begrænset, med estimater, der spænder fra ubetydelig op til ækvivalenten af 100 hydrosfærer (24). Estimater for kulstofindholdet i kernen er mindre end ~1 vægt procent (25, 26). Fordi vores data blev indsamlet ved stuetemperatur, beregnede vi temperatureffekten på fraktioneringen af bridgmanit (27) i forhold til jernfaserne (Fig. 3) (18). Ved 3500 K er fraktionen for ren Fe ~0,03 pr.

Fig. 3 jernisotopfraktionering mellem bridgmanit og jernfaser som en funktion af temperaturen.

den røde linje er forskellen i isotopforholdet mellem bridgmanite – FeO, den grå linje er bridgmanite – Fe, den sorte linje er bridgmanite – Fe3C, og den blå linje er bridgmanite – Fehks. Under betingelserne for kernedannelse kan en lille, men opløselig fraktionering ses i alle legeringer, med den for Fe3C og Fehks meget større end for Fe og FeO. 57febridgmanit-Fe = 57febridgmanit-57fefe .

indledende jernisotoparbejde på naturlige prøver bestemte, at “jorden” (dvs.mantelafledte klipper) var ~0.1 liter tungere i kr57 / 54 end klipper fra Mars og Vesta (28). Forudsigelser (11) konkluderede, at kernemanteldifferentiering ville efterlade et aftryk på jordens jernisotopsignatur på grund af valensstatsforskellen mellem Fe2+-bærende mineraler med lavere mantel og Fe0-metal ved kernemantelgrænsen. Denne undersøgelse antydede, at berigelsen af jordbaserede og månebasalter i tunge jernisotoper i forhold til dem fra Mars eller Vesta skyldes ligevægtsjernisotopfraktionering under jordens kernedannelse. Efterfølgende forklaringer hævdede imidlertid, at bulksilicatjorden er kondritisk, og at det er de jordbaserede basalter, der er uregelmæssige (29). Modellen antyder, at basalternes jernisotopiske sammensætning var forskellig fra kildestenen, hvorfra de kom; det er, fraktionering af jernisotoper forekommer under delvis smeltning. Derfor, hvis bulksilicatjorden er chondritisk i dens jernisotopforhold, skal den have en larr57/54 på 0 larr. Hvis det er tilfældet, kan ethvert lyselement, der forårsager en stor nok fraktionering ved højt tryk og temperatur til at afvige fra denne værdi, ikke være en vigtig bestanddel af kernen. En advarsel er, at hvis bulksilicatjorden viste sig at være nonchondritisk, ville lyselementet, der forårsager en fraktionering, der er stor nok til at blive set—såsom brint—være den mest sandsynlige kandidat til lyselementet i kernen.

vores resultater antyder, at kernedannelse kunne efterlade et isotopisk aftryk på silikatdelen af jorden selv ved de højeste tryk og temperaturer. Desuden vil tilsætningen af forskellige lyselementer modulere dette aftryk. I særdeleshed, vores resultater indikerer, at hvis brint eller kulstof blev brugt til at forklare tæthedsunderskuddet i Jordens kerne, vi ville forvente en isotopisk signatur præget i mantelklipper, hvilket ikke ses i klippeposten. Manglen på bevis for denne underskrift antyder, at brint og kulstof bør udelukkes som hovedlyselementet i Jordens kerne (Fig. 4). Der har været betydelig uenighed i litteraturen om, hvorvidt kulstof og/eller brint sandsynligvis er hovedbestanddele i kernen på grundlag af andre beviser , så denne undersøgelse giver en uafhængig begrænsning. I modsætning hertil fandt vi, at ilt ikke efterlader et aftryk på silikatmantlen, hvilket antyder, at ilt i det mindste for de faser, vi har analyseret, er et muligt lyselement i kernen (1). Det er spændende, at lyselementet ændrer isotopforholdene med disse slutdelkompositioner. Virkningerne af andre lette elementer (såsom silicium og svovl) på jernisotopforholdene skal undersøges såvel som virkningerne af nikkel og trykinduceret struktur, elektroniske og magnetiske overgange. Imidlertid, det er nu klart, at tryk ikke kan ignoreres, når man diskuterer ligevægtsstabil isotopfraktionering i den dybe jord.

Fig. 4 en skematisk af implikationerne af denne undersøgelse med hensyn til jernisotopforholdene for den nuværende mantel.

(a) tværsnit af jorden, der viser jernisotopforholdet mellem kappen efter kernedannelse, hvis Fe var det eneste element i kernen. (B til D) samme som (A) hvis hydrogen (B), ilt (C) eller kulstof (D) var til stede. 57femantle-værdierne i (A) og (C) kan ikke løses med de nuværende teknologiske evner, men værdierne i (B) og (D) er meget opløselige

supplerende materialer

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

materialer og metoder

supplerende tekst

Fig. S1 til S7

referencer (33-43)

referencer og noter

  1. ↵
    1. J. Badro,
    2. A. S. C kr.,
    3. J. P. Brodholt

    , en seismologisk konsistent kompositionsmodel af Jordens kerne. Proc. Natl. Acad. Sci. 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

    , Svovlstyret jernisotopfraktioneringseksperimenter af kernedannelse i planetariske kroppe. Geochim. Cosmochim. Acta 150, 253-264 (2015). doi: 10.1016 / j. gca.2014.08.011

  3. ↵
    1. glæde,
    2. Libby

    , Størrelseseffekter blandt isotopiske molekyler. J. Chem. Phys. 33, 1276 (1960). doi:10.1063/1.1731392

  4. ↵
    1. T. C. Hoering

    , effekten af fysiske ændringer på isotopisk fraktionering. Carnegie Inst. Vaske. Yearb. 60, 201–204 (1961).

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

    , grænser for virkningen af tryk på isotopisk fraktionering. 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

    , Iltisotopisk fraktionering i systemet kvarts-albit-anorthit-vand. Geochim. Cosmochim. Acta 43, 1131-1140 (1979). doi: 10.1016/0016-7037(79)90099-1

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

    , iltisotopfraktioneringer, der involverer pyroksener: kalibrering af geotermometre med mineralpar. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 631-644 (1983). doi:10.1016/0016-7037(83)90284-3

  8. ↵
    1. V. Polyakov

    , om anharmoniske og trykkorrektioner til ligevægtsisotopiske konstanter for mineraler. 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

    , Trykeffekt på brintisotopfraktionering mellem brucit og vand ved forhøjede temperaturer. Videnskab 286, 1545-1547 (1999). doi:10.1126 / videnskab.286.5444.1545 pmid:10567257

  10. ↵
    1. F. Poitrasson,
    2. M. Roskoss,
    3. A. Corgne

    , ingen jernisotopfraktionering mellem smeltede legeringer og silikatsmeltning til 2000 liter C og 7,7 GPa: Eksperimentelle beviser og implikationer for planetarisk differentiering og tilvækst. Jorden Planet. Sci. LETT. 278, 376–385 (2009). doi: 10.1016 / j.epsl.2008.12.025

  11. ↵
    1. V. B. Polyakov

    , Ligevægtsjernisotopfraktionering ved kernemantelgrænsebetingelser. Videnskab 323, 912-914 (2009). doi:10.1126 / videnskab.1166329pmid:19213913

  12. ↵
    1. J. R. Rustad,
    2. Yin

    , jernisotopfraktionering i Jordens nedre kappe. Nat. 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: Reevaluering ud fra data fra nuklear uelastisk resonant Røntgenspredning og M-Larssbauer spektroskopi. Geochim. Cosmochim. Acta 71, 3833-3846 (2007). doi: 10.1016 / j. gca.2007.05.019

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

    , en generel øjebliks tilgang til bestemmelse af Ligevægtsfe-Isotopfraktioneringsfaktorer: Ansøgning til goethite og jarosite. Geochim. Cosmochim. Acta 94, 254-275 (2012). doi: 10.1016 / j. gca.2012.06.013

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

    , kalibrering af rubintryksmåleren til 800 kbar under kvasi-hydrostatiske forhold. J. Geophys. Res. 91, 4673-4676 (1986). doi: 10.1029 / JB091iB05p04673

  17. ↵
    1. S. Baroni,
    2. S. De Gironcoli,
    3. A. Dal Corso,
    4. P. Giannossi

    , fononer og relaterede krystalegenskaber fra density-funktionel forstyrrelse teori. Pastor Mod. Phys. 73, 515–562 (2001). doi: 10.1103 / RevModPhys.73.515

  18. ↵
    1. B. Amadon,
    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. C. Kristt,
    11. T. Deutsch,
    12. L. Genovese,
    13. P. Ghoses,
    14. M. Giantomassi,
    15. S. Goedecker,
    16. D. R. Hamann,
    17. P. Hermet,
    18. F. Jollet,
    19. G. Jomard,
    20. S. Lerouks,
    21. M. Mancini,
    22. S. Masevet,
    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. nul,
    33. J. V. svanser

    , Abinit: første principper tilgang til materiale og Nanosystem egenskaber. Comput. Phys. Commun. 180, 2582–2615 (2009). doi:10.1016 / CP2009.07.007

  19. ↵
    1. P. M. Calandra,
    2. S. Baroni,
    3. N. Bonini,
    4. M. Calandra,
    5. R. Car,
    6. C. C. Ceresoli,
    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. Laseri,
    20. L. Martin-Samos,
    21. N. Marsari,
    22. F. Mauri,
    23. R. S. Paolini,
    24. S. Paolini,
    25. A. Paskarello,
    26. L. Paulatto,
    27. C. Sbraccia,
    28. S. Scandolo,
    29. G. sclausero,
    30. A. P. Seitsonen,
    31. A. Smogunov,
    32. P. Umari,
    33. R. M. Govitch

    , kvante Espresso: et modulopbygget og Open Source-Programprojekt til Kvantesimuleringer af materialer. J. Phys. Kondenserer. Sag 21, 395502 (2009). doi:10.1088/0953-8984/21/39/395502pmid:21832390

  20. ↵Se supplerende materialer om videnskab Online.
  21. ↵
    1. R. C. Buschert,
    2. A. E. Merlini,
    3. S. Pace,
    4. S. Rodrigues,
    5. M. H. Grimsditch

    , effekt af isotopkoncentration på gitterparameteren for germanium perfekte krystaller. Phys. Rev. B 38, 5219-5221 (1988). doi: 10.1103 / PhysRevB.38.5219

  22. ↵
    1. C. P. Herrero

    , den isotopiske masse og gitterparameter for diamant; en sti-integreret simulering. J. Phys. Kondenserer. Sag 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

    , jordbaseret tilvækst under iltningsbetingelser. Videnskab 339, 1194-1197 (2013). doi:10.1126 / videnskab.1227923pmid:23306436

  24. ↵
    1. R. J. Hemley
    2. R. J. Hemley

    , brint i den dybe jord. Annu. Pastor Earth Planet. Sci. 29, 365–418 (2001). doi: 10.1146 / annurev.jord.29.1.365

  25. ↵
    1. B. Træ,
    2. J. Li,
    3. A. Shahar

    , kulstof i kernen: dens indflydelse på egenskaberne af kerne og mantel. Rev. Mineral. Geochem. 75, 231–250 (2013). doi: 10.2138 / rmg.2013.75.8

  26. ↵
    1. B. Chen,
    2. J. Li,
    3. D. Jang,
    4. J. Liu,
    5. M. Y. Hu,
    6. J. Jhao,
    7. V. Bi,
    8. E. E. Alp,
    9. Y.
    10. P. Chau,
    11. J. Li

    , skjult kulstof i Jordens indre kerne afsløret ved Forskydningsblødgøring i tæt Fe7c3. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 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

    , opdagelse af bridgmanit, det mest rigelige mineral i jorden, i en chokeret meteorit. Videnskab 346, 1100-1102 (2014). doi:10.1126 / videnskab.1259369pmid:25430766

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

    , jernisotopforskelle mellem Jord, Måne, Mars og Vesta som mulige optegnelser over kontrasterede tilvækstmekanismer. Jorden Planet. Sci. LETT. 223, 253–266 (2004). doi: 10.1016 / j.epsl.2004.04.032

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

    , abyssal peridotitter afslører Jordens næsten chondritiske Fe isotopiske sammensætning. Jorden Planet. Sci. LETT. 365, 63–76 (2013). doi: 10.1016 / j.epsl.2013.01.011

  30. ↵
    1. R. Caracas

    , indflydelsen af hydrogen på de seismiske egenskaber af fast jern. Geofys. Res. Lett. 42, 3780–3785 (2015). doi: 10.1002/2015gl063478

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

    , første principper beregninger af statens ligninger og relativ stabilitet af jerncarbider ved Jordens kernetryk. Russ. Geol. Geofys. 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. Ishikava,
    11. R. Shiraishi,
    12. Y. Seto,
    13. T. Tsuchiya,
    14. A. K. Baron

    , begrænsninger på jordens indre Kernesammensætning udledt af målinger af lydhastigheden af HCP-jern under ekstreme forhold. Sci. Adv. 2, e1500802 (2016). doi: 10.1126 / sciadv.1500802pmid:26933678

  33. ↵
    1. Mao,
    2. Sturhahn,
    3. D. L. Heins,
    4. H.-K. Mao,
    5. J. Shu,
    6. R. J. Hemley

    , nuklear resonant røntgenspredning af jernhydrid ved højt tryk. Geofys. Res. Lett. 31, L15618 (2004). doi: 10.1029/2004gl020541

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

    , beregning af svovlisotopfraktionering mellem sphalerit og galena ved hjælp af gitterdynamik. Jorden Planet. Sci. LETT. 28, 172–180 (1975). doi: 10.1016/0012-821(75)90224-1

    1. M. Blanchard,
    2. F. Poitrasson,
    3. M. M. Larsheut,
    4. F. Mauri,
    5. E. Balan

    , jernisotopfraktionering mellem pyrit (FeS2), hæmatit (Fe2O3) og siderit (Feco3): en første-principper tæthed funktionel teori undersøgelse. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 6565-6578 (2009). doi: 10.1016 / j. gca.2009.07.034

    1. S. Ponc

    , G. Antonius, P. Boulanger, E. Cannuccia, A. Marini, M. C. Det er vigtigt at huske, at det er en af de mest almindelige typer af energi, der bruges til at måle energiforbruget. Comput. Mater. Sci. 83, 341–348 (2014). doi: 10.1016 / j. commatsci.2013.11.031

    1. J. P. Perdug,
    2. K. Burke,
    3. Y. Vang

    , generaliseret gradienttilnærmelse for udvekslingskorrelationshullet i et mange-elektronsystem. Phys. Pastor Lett. 54, 16533–16539 (1996). doi: 10.1103 / PhysRevB.54.16533

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

    , Gittervibrationer i jern ved 296 liter K. Solid State Commun. 5, 211–216 (1967). doi: 10.1016 / 0038-1098 (67) 90258 – *

    1. E. Knittle,
    2. R. Jeanlose,
    3. G. L. Smith

    , termisk udvidelse af silikat perovskit og lagdeling af Jordens kappe. Natur 319, 214-216 (1986). doi: 10.1038 / 319214a0

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

    , termisk udvidelse af jernrige legeringer og implikationer for Jordens kerne. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 9162-9167 (2007). doi: 10.1073 / pnas.0610474104pmid:17446274

    1. Sturhahn

    , nuklear resonansspektroskopi. J. Phys. Kondenserer. Sag 16, S497-S530 (2004). doi:10.1088/0953-8984/16/5/009

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

    , C. dard, Cordier, Magma redoks og strukturelle kontroller af jernisotopvariationer i Jordens kappe og skorpe. Jorden Planet. Sci. LETT. 398, 127–140 (2014). doi: 10.1016 / j.epsl.2014.04.033

  43. ↵
    1. C. A. Murphy,
    2. J. M. Jackson,
    3. H. Sturhahn

    , eksperimentelle begrænsninger på termodynamikken og lydhastighederne af hcp-Fe til kernetryk. J. Geophys. Res. 118, 1999-2016 (2013). doi: 10.1002 / jgrb.50166

anerkendelser: støttet af et Stanford University Blaustein-stipendium, hvor dette projekt udviklede sig, og NSF grant EAR1321858 (A. S.); NSF grant EAR1464008 (A. S.); NSF grant EAR1530306 (E. A. S.); og CNRS PICS grant Carmelts og eDARI/CINES grant 2015106368 for computational resources (R. C.). De komplette datatabeller til denne undersøgelse kan findes på www.gl.ciw.edu/static/users/ashahar/shahar_nrixs/. vi takker fire anonyme korrekturlæsere for at give meget nyttige kommentarer og forslag.

Published by admin

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.