Posted on by

compoziția izotopică dependentă de presiune a aliajelor de fier

izotopii de fier constrâng chimia miezului

compoziția generală a miezului Pământului este o constrângere importantă asupra chimiei și evoluției interiorului planetei noastre. O problemă de lungă durată a fost determinarea contribuției elementului minor la aliajul său predominant fier-nichel. Pe baza fracționării izotopilor de fier a diferitelor aliaje de fier cu presiune, Shahar și colab. descoperiți că carbonul și hidrogenul nu sunt probabil componente primare ale miezului. Fracționarea are loc la presiunile ridicate ale formării miezului, sugerând că raporturile stabile de izotopi de fier ale Pământului sunt o constrângere nouă și independentă asupra compoziției miezului.

știință, această problemă p. 580

rezumat

înțelegerea noastră actuală a formării nucleului Pământului este limitată de faptul că acest eveniment profund este departe de noi fizic și temporal. Compoziția metalului de fier din miez a fost rezultatul condițiilor de formare a acestuia, ceea ce are implicații importante pentru evoluția geochimică și istoria fizică a planetei noastre. Prezentăm dovezi experimentale și teoretice pentru efectul presiunii asupra compoziției izotopice a fierului, pe care am constatat că variază în funcție de aliajul testat (FeO, FeHx sau Fe3C versus Fe pur). Aceste rezultate sugerează că hidrogenul sau carbonul nu este componenta principală a elementului luminos din miez. Dependența de presiune a compoziției izotopice de fier oferă o constrângere independentă asupra compoziției miezului Pământului.

separarea fierului metalic de silicat pentru a forma nucleul Pământului reprezintă un proces fundamental de diferențiere fizică și chimică în istoria planetei noastre. Diferențierea planetelor și a asteroizilor în general se bazează pe temperatură, presiune (sau dimensiunea corpului), fugacitatea oxigenului și istoricul impactului. Pe Pământ, formarea miezului a lăsat în urmă multe indicii sub formă de modele de elemente siderofile, observații seismice și rapoarte izotopice radiogene care permit studii despre cum și când a avut loc diferențierea. Datele seismice arată o diferență de densitate între fierul pur și densitatea dedusă din vitezele undelor seismice din interiorul Pământului. Această discrepanță implică faptul că există elemente” ușoare”, altele decât fierul, în miezul Pământului. Cu toate acestea, deoarece eșantionarea directă a miezului este imposibilă, compoziția sa rămâne un subiect puternic dezbătut . În timpul procesului de diferențiere, metalul de fier topit se va alia cu alte elemente pe traseul său către centrul corpului planetar. Elementele cu care se leagă vor fi o funcție a condițiilor care participă la formarea miezului. Pentru a înțelege istoria planetei noastre (sau a oricărui corp planetar care a experimentat formarea miezului), trebuie să constrângem acest element de lumină în miez.

principiul utilizării izotopilor stabili pentru a cerceta compoziția chimică în vrac a planetelor este înrădăcinat în înțelegerea fracționării izotopilor în timpul sechestrării elementelor din rezervoare nevăzute, cum ar fi miezul. Fracționarea izotopilor va exista între faze cu medii de legătură distincte (de exemplu, miezul și mantaua Pământului), iar separarea elementelor între rezervoare manifestă această fracționare. Multe variabile influențează fracționarea, inclusiv temperatura, fugacitatea oxigenului și compoziția. De exemplu, s-a demonstrat că partiționarea izotopică între metal și silicat crește atunci când s-au adăugat cantități tot mai mari de sulf în fierul metalic (2). Cu toate acestea, aceste experimente au fost efectuate în condiții de joasă presiune (1 GPa) în raport cu condițiile presupuse de formare a miezului (~60 GPa), iar presiunea nu a fost considerată o variabilă critică în afectarea fracționării izotopilor. Joy și Libby (3) au calculat efectul presiunii asupra fracționării izotopilor și au sugerat că fracționarea izotopilor de oxigen ar putea fi dependentă de presiune la temperaturi scăzute. Cu toate acestea, în anul următor, un studiu (4) a examinat efectul presiunii experimental și nu a observat niciun efect de presiune asupra partiționării izotopilor de oxigen între apă și bicarbonat. Mai târziu, Clayton și colegii (5-7) nu au găsit niciun efect de presiune asupra fracționării apei minerale pe o gamă de presiuni (până la 2 GPa) și temperaturi (până la 1000 K). Ca urmare a acestor studii inițiale, efectul presiunii asupra fracționării izotopilor a fost presupus a fi neglijabil pentru toate elementele. Un efect de presiune asupra fracționării izotopilor a fost sugerat în alte lucrări teoretice (8) și confirmat experimental pentru hidrogen (9), dar nu pentru elemente mai grele și presiuni mai mari (10). Cu toate acestea, o instrumentație mai bună poate fi în cele din urmă capabilă să rezolve efecte de fracționare foarte mici, iar presiunile mai mari pot ilumina fracționarea prevăzută (11, 12).

pentru a testa dacă elementul ușor legat de fier modifică fracționarea izotopilor de fier între metal și silicat, am efectuat experimente de împrăștiere a razelor X rezonante nucleare inelastice (NRIXS) pe FeO, FeHx, Fe3C și Fe de la 2 la 40 GPa. Polyakov și colegii săi (11, 13, 14) au fost pionierii utilizării datelor nrix sincrotron pentru a obține proprietățile vibraționale ale mineralelor pentru calcularea factorilor de fracționare izotopică. Putem folosi datele NRIXS pentru a obține raporturi reduse ale funcției de partiție (factori inqq), din care putem determina factorii de fracționare izotopică de echilibru: xqua – xqqua = 1000 xqqua (ln xqqua-ln xqqua), unde A și B sunt două faze de interes diferite. Dauphas și colab. (15) a oferit o introducere excelentă în această tehnică și aplicabilitatea acesteia la geochimia izotopilor. Un beneficiu major al experimentelor NRIXS este că putem sonda proprietățile vibraționale ale unei faze la un moment dat. Metodele mai tradiționale utilizate pentru măsurarea fracționării izotopilor necesită două faze la echilibru care apoi trebuie separate și analizate pentru rapoartele lor de izotopi.

am efectuat experimente NRIXS de înaltă presiune la sectorul 16-ID-D (HPCAT) al sursei avansate de fotoni la Laboratorul Național Argonne. Am obținut Spectre energetice de la -120 MeV la + 150 meV în trepte de 0,5 MeV cu o rezoluție energetică de 2 MeV. Timpul de numărare a variat între 6 și 7 s pe punct, fiecare scanare NRIXS durând aproximativ 1 oră și cu 19 până la 50 de scanări pe punct de presiune. O sută la sută îmbogățită izotopic 57feo, 57fe3c sau 57fe pulberea a fost încărcată într-o cameră de probă forată într-o garnitură de beriliu într-o celulă panoramică cu nicovală diamantată. Pentru hidrură, camera a fost încărcată cu 57fe pur și fluid H2, care a reacționat pentru a forma FeHx. Presiunea a fost calibrată folosind scala ruby la HPCAT (16). De asemenea, am calculat factorii teoretici de la nivelurile vibraționale ale diferitelor structuri purtătoare de izotopi. Le-am calculat folosind teoria perturbării funcționale a densității (17) în implementarea Abinit și Quantum Espresso (18, 19) cu unde plane și pseudopotențiale, din care am obținut densitatea fononică teoretică a stărilor (20).

am găsit relații liniare cu presiunea pentru Fe, Fe3C, FeHx și FeO, care au arătat un acord excelent cu calculele noastre teoretice ale factorilor de la 7Q (Fig. 1). Fiecare fază arată o creștere a factorului cu presiune, în plus, pantele fiecărei linii sunt diferite. Fracționarea izotopică între fiecare fază și metalul Fe pur prezintă diferite pante și interceptări indicative ale diferitelor dependențe de presiune (Fig. 2). Putem explica acest lucru prin diferențele așteptate în legătura dintre fier și diferitele sale elemente de aliere.

Fig. 1 dependența de presiune a factorului 57 / 54fe pentru diferitele faze de fier investigate.

se poate observa o dependență clară de presiune față de factorul VIII pentru toate fazele analizate. (A) factorul de presiune în funcție de Fe pur. Pătratele gri sunt date experimentale; cercurile verzi sunt calcule teoretice. (B) factorul VIII în funcție de presiune pentru Fe3C. pătratele negre sunt date experimentale; cercurile verzi sunt calcule teoretice. (C) factorul VIII în funcție de presiunea pentru FeHx. Pătratele albastre sunt date experimentale; cercurile verzi sunt calcule teoretice. (D)factorul de presiune pentru Feo, în funcție de factorul de presiune pentru Feo. Pătratele roșii sunt date experimentale. Fiecare punct de presiune a fost măsurat de cel puțin 19 ori și de 40 de ori. Erorile de pe datele experimentale sunt de 2 SD.

Fig. 2 diferența în raporturile izotopilor de fier ai aliajului în raport cu Fe pur în funcție de presiune.

linia roșie este diferența dintre raportul izotopilor FeO-Fe, linia albastră este FeHx – Fe, iar linia neagră este Fe3C – Fe. Unde liniile traversează 0 pe axa y reprezintă presiunea în care nu există fracționare izotopică între faze și Fe pur. Fracționarea izotopilor de fier se poate observa că se schimbă odată cu presiunea. Δ57Fealloy − Fe = δ57Fealloy – δ57FeFe = 103 × (ln ßalloy57/54Fe – în ßFe57/54Fe).

la echilibru, fracționarea izotopilor este un efect mecanic cuantic cauzat de diferențele în energia liberă a structurilor populate de diferiți izotopi. Dependențele de presiune izotopică pot fi rezultatul efectelor izotopice asupra volumului molar sau pot fi cauzate de rigidizarea constantă a forței pe măsură ce structurile se contractă. Efectul izotopului volumului molar a fost discutat pe larg și apare atunci când izotopii grei fac legături ușor mai scurte și, prin urmare, se împachetează mai strâns decât cele ușoare. Studii teoretice și experimentale ale efectelor izotopilor asupra volumelor molare ale elementelor cu numere atomice care acoperă fierul (de ex., carbon și germaniu) indică faptul că efectele izotopilor asupra volumului sunt foarte mici la temperatura și presiunea standard (mai puțin de o parte în 10-3 pentru 13C față de 12C în diamant, ~10-5 pentru 74ge față de germaniu natural). În plus, efectele volumului molar se estompează pe măsură ce temperatura crește dincolo de temperatura Debye (21, 22) și, de asemenea, pe măsură ce crește presiunea (22). Prin urmare, ne așteptăm ca acest efect să fie neglijabil pentru fracționarea izotopilor de fier la presiuni și temperaturi relevante pentru segregarea miezului. Aceeași concluzie a fost atinsă într-un studiu teoretic anterior al fracționării izotopilor de fier de înaltă presiune (11). Calculele noastre teoretice vizează creșterea constantelor de forță și a frecvențelor vibraționale corespunzătoare datorită rigidizării legăturii sub compresie.

constatăm că presiunea are un efect clar asupra fracționării izotopilor între fazele solide și că acest efect este diferit pentru diferitele aliaje (Fig. 1 și 2). În special, constatăm că aliajele de fier pe care le-am studiat nu concentrează izotopii de fier în același grad. Deoarece carbonul, hidrogenul și oxigenul sunt toate abundente din punct de vedere cosmochimic și au fost propuse ca posibili candidați pentru elementul principal de lumină din nucleele planetare, fracționarea izotopilor de fier poate fi un trasor al compozițiilor elementelor de lumină din nucleele planetare. Aliajul fier-hidrogen și aliajul fier-carbon au cea mai mare fracționare în raport cu fierul pur într-un ocean tipic de magmă la ~60 GPa (23). Conținutul de hidrogen din miez este slab constrâns, estimările variind de la neglijabil până la echivalentul a 100 de hidrosfere (24). Estimările pentru conținutul de carbon al miezului sunt mai mici de ~1 procent de greutate (25, 26). Deoarece datele noastre au fost colectate la temperatura camerei, am calculat efectul temperaturii asupra fracționării bridgmanitei (27) în raport cu fazele de fier (Fig. 3) (18). La 3500 K, fracționarea pentru Fe pură este de ~0,03 pe mil (hectolix), iar cea pentru FeHx este de ~0,07 hectolix.

Fig. 3 fracționarea izotopilor de Fier între fazele bridgmanite și fier în funcție de temperatură.

linia roșie este diferența dintre raportul izotopilor bridgmanite-FeO, linia gri este bridgmanite – Fe, linia neagră este bridgmanite – Fe3C, iar linia albastră este bridgmanite – FeHx. În condițiile formării miezului, o fracționare mică, dar rezolvabilă, poate fi văzută în toate aliajele, cu cea pentru Fe3C și FeHx mult mai mare decât pentru Fe și FeO. Δ57Febridgmanite − Fe = δ57Febridgmanite – δ57FeFe.

lucrarea inițială a izotopilor de fier pe probe naturale a determinat că” pământul ” (adică roci derivate din manta) a fost ~0.1 X. C. mai grele în X. C. 57/54 decât rocile de pe Marte și Vesta (28). Predicțiile (11) au concluzionat că diferențierea miez-manta ar lăsa o amprentă asupra semnăturii izotopului de fier al Pământului din cauza diferenței de stare de valență a Fe între mineralele purtătoare de manta inferioară Fe2+și metalul Fe0 la limita miez-manta. Acest studiu a sugerat că îmbogățirea bazaltelor terestre și lunare în izotopi grei de fier în raport cu cei de pe Marte sau Vesta se datorează fracționării izotopilor de fier de echilibru în timpul formării miezului Pământului. Explicațiile ulterioare, totuși, au susținut că pământul silicat în vrac este chondritic și că bazaltele terestre sunt anormale (29). Modelul sugerează că compoziția izotopică de fier a bazaltelor a fost diferită de cea a rocii sursă din care au venit; adică fracționarea izotopilor de fier are loc în timpul topirii parțiale. Prin urmare, dacă pământul silicat în vrac este chondritic în raporturile sale de izotopi de fier, acesta ar trebui să aibă o valoare de la 0 la 54 de la 0 la sută. Dacă acesta este cazul, atunci orice element ușor care determină o fracționare suficient de mare la presiune și temperatură ridicată pentru a se abate de la această valoare nu poate fi un constituent major al miezului. Un avertisment este că, dacă pământul silicat în vrac s—ar dovedi a fi nonchondritic, atunci elementul de lumină care provoacă o fracționare suficient de mare pentru a fi văzut—cum ar fi hidrogenul-ar fi cel mai probabil candidat pentru elementul de lumină din miez.

rezultatele noastre sugerează că formarea miezului ar putea lăsa o amprentă izotopică pe porțiunea de silicat a pământului chiar și la cele mai mari presiuni și temperaturi. Mai mult, adăugarea diferitelor elemente de lumină va modula această amprentă. În special, rezultatele noastre indică faptul că, dacă hidrogenul sau carbonul ar fi folosite pentru a explica deficitul de densitate din miezul Pământului, ne-am aștepta la o semnătură izotopică imprimată în rocile de manta, care nu este văzută în înregistrarea rocilor. Lipsa dovezilor pentru această semnătură sugerează că hidrogenul și carbonul ar trebui excluse ca element principal de lumină din miezul Pământului (Fig. 4). A existat un dezacord substanțial în literatura de specialitate cu privire la faptul dacă carbonul și/sau hidrogenul sunt probabil constituenți majori ai miezului, pe baza altor dovezi , astfel încât acest studiu oferă o constrângere independentă. În schimb, am constatat că oxigenul nu lasă o amprentă asupra mantalei de silicat, ceea ce înseamnă că cel puțin pentru fazele pe care le-am analizat, oxigenul este un posibil element ușor în miez (1). Este interesant faptul că elementul de lumină modifică raporturile izotopice cu aceste compoziții ale membrilor finali. Trebuie investigate efectele altor elemente ușoare (cum ar fi siliciul și sulful) asupra raporturilor izotopilor de fier, precum și efectele nichelului și a structurii induse de presiune, a tranzițiilor electronice și magnetice. Cu toate acestea, acum este clar că presiunea nu poate fi ignorată atunci când se discută despre fracționarea izotopilor stabili de echilibru în pământul adânc.

Fig. 4 o schemă a implicațiilor acestui studiu în ceea ce privește rapoartele izotopilor de fier ai mantalei curente.

(A) secțiune transversală a Pământului care arată raportul izotopilor de fier ai mantalei după formarea miezului dacă Fe ar fi singurul element din miez. (B La D) la fel ca (a) dacă hidrogenul (B), oxigenul (C) sau carbonul (D) au fost prezente. Valorile 57Femantle din (A) și (C) nu sunt rezolvabile cu capacitățile tehnologice actuale, dar valorile din (B) și (D) sunt foarte rezolvabile

materiale suplimentare

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

materiale și metode

text suplimentar

Fig. Referințe de la S1 la S7

(33-43)

referințe și note

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

    , un model compozițional consistent seismologic al miezului Pământului. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 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

    , experimente de fracționare a izotopilor de fier controlați cu sulf de formare a miezului în corpurile planetare. Geochim. Cosmochim. Acta 150, 253-264 (2015). doi: 10.1016 / j. gca.2014.08.011

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

    , efecte de mărime între moleculele izotopice. J. Chem. Fizică. 33, 1276 (1960). doi:10.1063/1.1731392

  4. ↵
    1. T. C. Hoering

    , efectul modificărilor fizice asupra fracționării izotopice. Carnegie Inst. Spală-te. 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. Newton

    , limitele efectului presiunii asupra fracționării izotopice. 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

    , fracționarea izotopică a oxigenului în sistem cuarț-albit-anortit-apă. 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

    , Fracționarea izotopilor de oxigen care implică piroxeni: calibrarea geotermometrelor cu perechi minerale. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 631-644 (1983). doi:10.1016/0016-7037(83)90284-3

  8. ↵
    1. V. Polyakov

    , despre corecțiile anarmonice și de presiune la constantele izotopice de echilibru pentru minerale. 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

    , efectul de presiune asupra fracționării izotopilor hidrogenului între brucit și apă la temperaturi ridicate. Știință 286, 1545-1547 (1999). doi: 10.1126 / știință.286.5444.1545 pmid:10567257

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

    , fără fracționarea izotopilor de fier între aliajele topite și topitura de silicat la 2000 C și 7,7 GPA: Dovezi experimentale și implicații pentru diferențierea și acumularea planetară. Planeta Pământ. Sci. Let. 278, 376–385 (2009). doi: 10.1016 / j.epsl.2008.12.025

  11. ↵
    1. V. B. Polyakov

    , Fracționarea izotopului de fier de echilibru la condițiile limită ale miezului-mantalei. Știință 323, 912-914 (2009). doi: 10.1126 / știință.1166329pmid:19213913

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

    , fracționarea izotopilor de fier în mantaua inferioară a Pământului. 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: Reevaluarea din datele de împrăștiere a razelor X rezonante nucleare inelastice și spectroscopia m-Xqqssbauer. 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. aur,
    5. C. K. Sio,
    6. F. L. H. Tissot,
    7. M. Hu,
    8. J. Zhao,
    9. L. Gao,
    10. R. V. Morris

    , o abordare generală a momentului Nrixs pentru determinarea factorilor de fracționare izotopică Fe de echilibru: Aplicarea la goethite și 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

    , calibrarea manometrului Rubin la 800 kbar în condiții cvasi-hidrostatice. J. Geophys. Rezoluția 91, 4673-4676 (1986). doi: 10.1029 / JB091iB05p04673

  17. ↵
    1. S. Baroni,
    2. S. De Gironcoli,
    3. A. dal Corso,
    4. P. Giannozzi

    , fononi și proprietăți cristaline conexe din teoria perturbării densității-funcționale. Rev.Mod. Fizică. 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. C.,
    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: abordarea primelor principii ale proprietăților materialelor și nanosistemelor. Calcul. Fizică. Comun. 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: un proiect software modular și open-source pentru simulări cuantice ale materialelor. J. Phys. Condens. Materia 21, 395502 (2009). doi:10.1088/0953-8984/21/39/395502pmid:21832390

  20. ↵A se vedea materiale suplimentare pe Science Online.
  21. ↵
    1. R. C. Buschert,
    2. A. E. Merlini,
    3. S. Pace,
    4. S. Rodriguez,
    5. M. H. Grimsditch

    , efectul concentrației izotopilor asupra parametrului lattice al cristalelor perfecte de germaniu. Fizică. B 38, 5219-5221 (1988). doi: 10.1103 / PhysRevB.38.5219

  22. ↵
    1. C. P. Herrero

    , masa izotopică și parametrul de rețea al diamantului; o simulare integrală a căii. J. Phys. Condens. Materia 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

    , acumulare terestră în condiții de oxidare. Știință 339, 1194-1197 (2013). doi: 10.1126 / știință.1227923pmid:23306436

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

    , hidrogenul din adâncul pământului. Anu. Planeta Pământ. Sci. 29, 365–418 (2001). doi: 10.1146/annurev.pământ.29.1.365

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

    , Carbon în miez: influența sa asupra proprietăților miezului și mantalei. 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

    , carbon ascuns în miezul interior al Pământului dezvăluit prin înmuierea forfecării în Fe7c3 dens. 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

    , descoperirea bridgmanitului, cel mai abundent mineral de pe Pământ, într-un meteorit șocat. Știință 346, 1100-1102 (2014). doi: 10.1126 / știință.1259369pmid:25430766

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

    , diferențele de izotopi de Fier între Pământ, Lună, Marte și Vesta ca posibile înregistrări ale mecanismelor de acumulare contrastate. Planeta Pământ. Sci. Let. 223, 253–266 (2004). doi: 10.1016 / j.epsl.2004.04.032

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

    , peridotitele abisale dezvăluie compoziția izotopică Fe aproape chondritică a Pământului. Planeta Pământ. Sci. Let. 365, 63–76 (2013). doi: 10.1016 / j.epsl.2013.01.011

  30. ↵
    1. R. Caracas

    , influența hidrogenului asupra proprietăților seismice ale fierului solid. Geophys. Res. Lett. 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

    , primele principii calcule ale ecuațiilor de stare și stabilitate relativă a carburilor de fier la presiunile de bază ale Pământului. Russ. Geol. Geophys. 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

    , constrângeri asupra compoziției miezului interior al Pământului deduse din măsurătorile vitezei sunetului HCP-fier în condiții extreme. Sci. 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

    , rezonanta nucleara cu raze X împrăștiere de hidrură de fier la presiune înaltă. Geophys. Res. Lett. 31, L15618 (2004). doi: 10.1029 / 2004GL020541

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

    , calculul fracționării izotopilor sulfului între sfalerit și galena folosind dinamica rețelei. Planeta Pământ. Sci. Let. 28, 172–180 (1975). doi: 10.1016/0012-821X(75)90224-1

    1. M. Blanchard,
    2. F. Poitrasson,
    3. M. M Unixheut,
    4. M. Lazzeri,
    5. F. Mauri,
    6. E. Balan

    , fracționarea izotopilor de Fier între pirită (FeS2), hematit (Fe2O3) și siderit (Feco3): un studiu al teoriei funcționale a densității primelor principii. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 6565-6578 (2009). doi: 10.1016 / j. gca.2009.07.034

    1. S. Ponc

    , inox G. Antonius, P. Boulanger, E. Cannuccia, A. Marini, M. C. inox, X. Gonze, verificarea codurilor primelor principii: Compararea energiilor totale, frecvențelor fononice, cuplării electron-fonon și corecției mișcării punctului zero la decalajul dintre ABINIT și QE/Yambo. Calcul. Mater. Sci. 83, 341–348 (2014). doi: 10.1016 / j. commatsci.2013.11.031

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

    , aproximarea gradientului generalizat pentru gaura de schimb-corelație a unui sistem cu mai mulți electroni. Fizică. Rev. Lett. 54, 16533–16539 (1996). doi: 10.1103 / PhysRevB.54.16533

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

    , vibrații de zăbrele în fier la 296 inkt. 5, 211–216 (1967). doi: 10.1016 / 0038-1098 (67)90258-X

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

    , expansiunea termică a perovskitului silicat și stratificarea mantalei Pământului. Natură 319, 214-216 (1986). doi: 10.1038 / 319214a0

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

    , expansiunea termică a aliajelor bogate în fier și implicații pentru miezul Pământului. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 104, 9162-9167 (2007). doi: 10.1073 / pnas.0610474104pmid:17446274

    1. W. Sturhahn

    , spectroscopie rezonantă nucleară. J. Phys. Condens. Materie 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

    , C. Dard, Cordier, Magma redox și controale structurale privind variațiile izotopilor de fier în mantaua și scoarța Pământului. Planeta Pământ. Sci. Let. 398, 127–140 (2014). doi: 10.1016 / j.epsl.2014.04.033

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

    , constrângeri experimentale asupra termodinamicii și vitezelor sonore ale HCP-Fe la presiunile de bază. J. Geophys. Rezoluția 118, 1999-2016 (2013). doi: 10.1002 / jgrb.50166

mulțumiri: susținut de o bursă Blaustein de la Universitatea Stanford, în timpul căreia s-a dezvoltat acest proiect, și NSF grant ear1321858 (A. S.); NSF grant EAR1464008 (A. S. și W. M.); NSF grant EAR1530306 (E. A. S.); și CNRS PICS grant Carmelts și eDARI/CINES grant x2015106368 pentru resurse computaționale (R. C.). Tabelele complete de date pentru acest studiu pot fi găsite pe www.gl.ciw.edu/static/users/ashahar/shahar_nrixs/. mulțumim patru recenzori anonimi pentru furnizarea de comentarii și sugestii foarte utile.

Published by admin

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.