Posted on by

Tryckberoende isotopkomposition av järnlegeringar

järnisotoper begränsar kärnkemi

den totala sammansättningen av jordens kärna är en viktig begränsning för kemin och utvecklingen av vår planets inre. Ett långvarigt problem har varit att bestämma det mindre elementbidraget till dess övervägande järn-nickellegering. Baserat på järnisotopfraktionering av olika järnlegeringar med tryck, Shahar et al. upptäck att kol och väte förmodligen inte är primära komponenter i kärnan. Fraktioneringen sker vid det höga trycket av kärnbildning, vilket tyder på att de stabila järnisotopförhållandena på jorden är en ny och oberoende begränsning av kärnkompositionen.

Vetenskap, denna fråga p. 580

Abstract

vår nuvarande förståelse av jordens kärnbildning begränsas av det faktum att denna djupa händelse är långt ifrån oss fysiskt och temporärt. Sammansättningen av järnmetallen i kärnan var ett resultat av villkoren för dess bildning, vilket har viktiga konsekvenser för vår planets geokemiska utveckling och fysiska historia. Vi presenterar experimentella och teoretiska bevis för effekten av tryck på järnisotopkomposition, som vi fann att variera beroende på den testade legeringen (FeO, FeHx eller Fe3C kontra ren Fe). Dessa resultat tyder på att väte eller kol inte är den viktigaste ljuselementkomponenten i kärnan. Tryckberoendet av järnisotopkomposition ger en oberoende begränsning av jordens kärnkomposition.

separationen av järnmetall från silikat för att bilda jordens kärna representerar en grundläggande fysisk och kemisk differentieringsprocess i vår planets historia. Differentiering av planeter och asteroider i allmänhet baseras på temperatur, tryck (eller kroppsstorlek), syrefugacitet och slaghistoria. På jorden, kärnbildning lämnade många ledtrådar i form av siderofilelement mönster, seismiska observationer, och radiogena isotopförhållanden som möjliggör studier om hur och när differentiering inträffade. Seismiska data visar en densitetsskillnad mellan rent järn och den härledda densiteten från hastigheterna hos de seismiska vågorna inom jordens inre. Denna skillnad innebär att det finns andra ”lätta” element än järn i jordens kärna. Men eftersom direkt provtagning av kärnan är omöjlig, förblir dess sammansättning ett hett debatterat ämne . Under differentieringsprocessen kommer den smälta järnmetallen att legera med andra element på sin väg till mitten av planetkroppen. Elementen det binder med kommer att vara en funktion av de förhållanden som deltar i kärnbildning. För att förstå historien om vår planet (eller någon planetkropp som upplevde kärnbildning) måste vi begränsa detta ljuselement i kärnan.

principen att använda stabila isotoper för att undersöka planets bulkkemiska sammansättning är rotad i att förstå isotopfraktionering under sekvestrering av element i osynliga reservoarer som kärnan. Isotopfraktionering kommer att existera mellan faser med distinkta bindningsmiljöer (t.ex. jordens kärna och mantel), och separation av element mellan reservoarer manifesterar denna fraktionering. Många variabler påverkar fraktioneringen, inklusive temperatur, syrefugacitet och komposition. Exempelvis visade sig isotoppartitionering mellan metall och silikat öka när ökande mängder svavel tillsattes till järnmetall (2). Dessa experiment utfördes emellertid vid lågtrycksförhållanden (1 GPa) i förhållande till de förmodade förhållandena för kärnbildning (~60 GPa) och tryck ansågs inte vara en kritisk variabel för att påverka isotopfraktionering. Joy och Libby (3) beräknade effekten av tryck på isotopfraktionering och föreslog att syreisotopfraktionering kan vara tryckberoende vid låga temperaturer. Följande år undersökte emellertid en studie (4) effekten av tryck experimentellt och observerade ingen tryckeffekt på syreisotoppartitionering mellan vatten och bikarbonat. Senare fann Clayton och medarbetare (5-7) ingen tryckeffekt på mineralvattenfraktionering över ett tryckområde (upp till 2 GPa) och temperaturer (upp till 1000 K). Som ett resultat av dessa initiala studier, effekten av tryck på isotopfraktionering har antagits vara försumbar för alla element. En tryckeffekt på isotopfraktionering föreslogs i annat teoretiskt arbete (8) och bekräftades experimentellt för väte (9) men inte för tyngre element och högre tryck (10). Men bättre instrumentering kan så småningom kunna lösa mycket små fraktioneringseffekter, och högre tryck kan belysa den förutsagda fraktioneringen (11, 12).

för att testa om ljuselementet bundet med järn förändrar järnisotopfraktionering mellan metall och silikat, genomförde vi kärnresonant oelastisk röntgenspridning (NRIXS) experiment på FeO, FeHx, Fe3C och Fe från 2 till 40 GPA. Polyakov och medarbetare (11, 13, 14) banade väg för användningen av synkrotron NRIXS-data för att erhålla vibrationsegenskaper hos mineraler för beräkning av isotopfraktioneringsfaktorer. Vi kan använda NRIXS-data för att härleda reducerade partitionsfunktionsförhållanden (Bisexuell faktorer), från vilka vi kan bestämma jämvikts isotopfraktioneringsfaktorer: 1000 (LN – LN-LN), där A och B är två olika faser av intresse. Dauphas et al. (15) gav en utmärkt introduktion till denna teknik och dess tillämplighet på isotopgeokemi. En stor fördel med NRIXS-experiment är att vi kan undersöka vibrationsegenskaperna hos en fas i taget. Mer traditionella metoder som används för att mäta isotopfraktionering kräver att man har två faser vid jämvikt som sedan måste separeras och analyseras för deras isotopförhållanden.

vi genomförde högtrycks-NRIXS-experiment vid sektor 16-ID-D (HPCAT) av den avancerade Fotonkällan vid Argonne National Laboratory. Vi erhöll energispektra från -120 meV till + 150 meV i steg om 0,5 meV med en energiupplösning på 2 meV. Räkningstiden varierade mellan 6 och 7 s per punkt, med varje nrixs-skanning som varade ca 1 timme och med 19 till 50 skanningar per tryckpunkt. Ett hundra procent isotopiskt berikat 57feo, 57fe3c, eller 57Fe pulver laddades in i en provkammare borrad i en berylliumpackning i en panorama diamant städcell. För hydriden laddades kammaren med ren 57Fe och vätska H2, som reagerade för att bilda FeHx. Tryck kalibrerades med ruby-skalan vid HPCAT (16). Vi beräknade också de teoretiska faktorerna från de vibrationella nivåerna av olika isotopbärande strukturer. Vi beräknade dessa med hjälp av densitetsfunktionell störningsteori (17) i abinit-och Quantum Espresso-implementeringen (18, 19) med planvågor och pseudopotentialer, från vilka vi erhöll den teoretiska fonondensiteten hos stater (20).

vi hittade linjära förhållanden med tryck för Fe, Fe3C, FeHx och FeO som visade utmärkt överensstämmelse med våra teoretiska beräkningar av tuberkulosfaktorer (Fig. 1). Varje fas visar en ökning av 20-faktorn med tryck; dessutom är lutningarna på varje linje olika. Isotopfraktioneringen mellan varje fas och ren Fe-metall visar olika sluttningar och avlyssnar som indikerar varierande tryckberoende (Fig. 2). Vi kan förklara detta genom de förväntade skillnaderna i bindning mellan järn och dess olika legeringselement.

Fig. 1 Tryckberoende av 57 / 54fe-faktorn för de olika järnfaserna som undersökts.

ett tydligt tryckberoende på den faktor som anges i tabellen kan ses för alla analyserade faser. A) den faktor som utgör en funktion av trycket för ren Fe. Grå rutor är experimentella data; gröna cirklar är teoretiska beräkningar. (B) den faktor som funktion av trycket för Fe3C. svarta rutor är experimentella data; gröna cirklar är teoretiska beräkningar. C) den faktor som utgör en funktion av trycket för FeHx. Blå rutor är experimentella data; gröna cirklar är teoretiska beräkningar. D) den faktor som utgör en funktion av trycket för FeO. Röda rutor är experimentella data. Varje tryckpunkt mättes minst 19 gånger och så många som 40 gånger. Felen på experimentella data är 2 SD.

Fig. 2 skillnad i legeringens järnisotopförhållanden med avseende på ren Fe som en funktion av tryck.

den röda linjen är isotopförhållandet mellan FeO-Fe, den blå linjen är FeHx – Fe och den svarta linjen är Fe3C – Fe. Där linjerna korsar 0 på y-axeln representerar trycket där det inte finns någon isotopfraktionering mellan faserna och ren Fe. Järnisotopfraktioneringen kan ses förändras med tryck. Δ57Fealloy − Fe = δ57Fealloy – δ57FeFe = 103 × (ln ßalloy57/54Fe – ln ßFe57/54Fe).

vid jämvikt, isotopfraktionering är en kvantmekanisk effekt orsakad av skillnader i den fria energin hos strukturer befolkade av olika isotoper. Isotoptrycksberoende kan vara resultatet av isotopeffekter på molvolym eller kan orsakas av kraftkonstant förstyvning när strukturer dras samman. Den molära volymisotopeffekten har diskuterats i stor utsträckning och uppstår när tunga isotoper gör något kortare bindningar och därför packar tätare än lätta. Teoretiska och experimentella studier av isotopeffekter på de molära volymerna av element med atomnummer som spänner över järn (t. ex., kol och germanium) indikerar att isotopeffekter på volymen är mycket små vid standardtemperatur och tryck (mindre än en del i 10-3 för 13C kontra 12c i diamant, ~10-5 för 74Ge kontra naturligt germanium). Dessutom bleknar molära volymeffekter när temperaturen ökar utöver Debye-temperaturen (21, 22) och även när trycket ökar (22). Vi förväntar oss därför att denna effekt är försumbar för järnisotopfraktionering vid tryck och temperaturer som är relevanta för kärnsegregering. Samma slutsats uppnåddes i en tidigare teoretisk studie av högtrycksjärnisotopfraktionering (11). Våra teoretiska beräkningar riktar sig till ökningen av kraftkonstanter och motsvarande vibrationsfrekvenser på grund av bindning förstyvning under kompression.

vi finner att trycket har en tydlig effekt på isotopfraktionering mellan fasta faser, och att denna effekt är olika för de olika legeringarna (Fig. 1 och 2). I synnerhet finner vi att de järnlegeringar vi studerade inte koncentrerar järnisotoper i samma grad. Som kol, väte, och syre är alla kosmokemiskt rikliga och har föreslagits som möjliga kandidater för huvudljuselementet i planetkärnor, järnisotopfraktionering kan vara ett spår av ljuselementkompositioner i planetkärnor. Järn-vätelegeringen och järn-kol-legeringen har den största fraktioneringen i förhållande till rent järn i en typisk magma-havsinställning vid ~60 GPa (23). Vätehalten i kärnan är dåligt begränsad, med uppskattningar som sträcker sig från försumbar upp till motsvarande 100 hydrosfärer (24). Uppskattningar för kolhalten i kärnan är mindre än ~1 viktprocent (25, 26). Eftersom våra data samlades in vid rumstemperatur beräknade vi temperatureffekten på fraktioneringen av bridgmanit (27) i förhållande till järnfaserna (Fig. 3) (18). Vid 3500 K är fraktioneringen för ren Fe ~0,03 per mil (GHz) och den för FeHx är ~0,07 ie.

Fig. 3 Järnisotopfraktionering mellan bridgmanit-och järnfaser som en funktion av temperaturen.

den röda linjen är isotopförhållandet mellan bridgmanite-FeO, den grå linjen är bridgmanite – Fe, den svarta linjen är bridgmanite – Fe3C och den blå linjen är bridgmanite – FeHx. Vid förhållandena för kärnbildning kan en liten men lösbar fraktionering ses i alla legeringar, med den för Fe3C och FeHx mycket större än för Fe och FeO. 57febridgmanite-Fe = 57febridgmanite – 57fefe.

initialt järnisotoparbete på naturliga prover bestämde att” jorden ” (dvs. mantel-härledda stenar) var ~0.1 msk tyngre i 57/54 än stenar från Mars och Vesta (28). Förutsägelser (11) drog slutsatsen att kärnmanteldifferentiering skulle lämna ett avtryck på jordens järnisotopsignatur på grund av valenstillståndsskillnaden mellan Fe mellan Fe2+-bärande mineraler och Fe0-metall vid kärnmantelgränsen. Den studien föreslog att anrikningen av mark-och månbasalter i tunga järnisotoper i förhållande till dem från Mars eller Vesta beror på jämviktsjärnisotopfraktionering under jordens kärnbildning. Efterföljande förklaringar hävdade dock att bulksilikatjorden är kondritisk och att det är de markbundna basalterna som är avvikande (29). Modellen antyder att basalternas järnisotopkomposition skilde sig från den för källstenen från vilken de kom; det vill säga fraktionering av järnisotoper sker under partiell smältning. Därför, om bulksilikatjorden är kondritisk i dess järnisotopförhållanden, bör den ha en 27/54 av 0 xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx. Om så är fallet kan något ljuselement som orsakar en tillräckligt stor fraktionering vid högt tryck och temperatur för att avvika från det värdet inte vara en viktig beståndsdel i kärnan. En varning är att om bulksilikatjorden befanns vara nonchondritisk, skulle ljuselementet som orsakar en fraktionering som är tillräckligt stor för att ses—som väte—vara den mest troliga kandidaten för ljuselementet i kärnan.

våra resultat tyder på att kärnbildning kan lämna ett isotopavtryck på silikatdelen av jorden även vid högsta tryck och temperaturer. Dessutom kommer tillsatsen av olika ljuselement att modulera detta avtryck. I synnerhet indikerar våra resultat att om väte eller kol användes för att förklara densitetsunderskottet i jordens kärna, skulle vi förvänta oss en isotopsignatur präglad i mantelstenar, vilket inte ses i bergrekordet. Bristen på bevis för denna signatur tyder på att väte och kol bör uteslutas som huvudljuselementet i jordens kärna (Fig. 4). Det har varit väsentlig oenighet i litteraturen om huruvida kol och/eller väte sannolikt är viktiga beståndsdelar i kärnan, på grundval av andra bevis , så denna studie ger en oberoende begränsning. Däremot fann vi att syre inte lämnar ett avtryck på silikatmanteln, vilket innebär att syre åtminstone för de faser vi har analyserat är ett möjligt ljuselement i kärnan (1). Det är spännande att ljuselementet ändrar isotopförhållandena med dessa slutdelskompositioner. Effekterna av andra ljuselement (såsom kisel och svavel) på järnisotopförhållandena måste undersökas, liksom effekterna av nickel och tryckinducerad struktur, elektroniska och magnetiska övergångar. Det är dock nu klart att trycket inte kan ignoreras när man diskuterar jämviktsstabil isotopfraktionering i den djupa jorden.

Fig. 4 en schematisk av konsekvenserna av denna studie med avseende på järnisotopförhållandena för den aktuella manteln.

(a) tvärsnitt av jorden som visar järnisotopförhållandet för manteln efter kärnbildning om Fe var det enda elementet i kärnan. (B till D) samma som (A) om väte (B), syre (C) eller kol (d) var närvarande. 57femantle-värdena i (A) och (C) kan inte lösas med nuvarande tekniska möjligheter, men värdena i (B) och (D) är mycket lösbara

kompletterande material

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

material och metoder

kompletterande Text

Fig. S1 till S7

referenser (33-43)

referenser och anteckningar

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

    , en seismologiskt konsekvent kompositionsmodell av jordens kärna. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 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. Håna

    , Svavelkontrollerade järnisotopfraktioneringsexperiment av kärnbildning i planetkroppar. Geochim. Cosmochim. Acta 150, 253-264 (2015). doi: 10.1016/j.gca.2014.08.011

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

    , Storlekseffekter bland isotopmolekyler. J. Chem. Phys. 33, 1276 (1960). doi:10.1063/1.1731392

  4. ↵
    1. T. C. Hoering

    , effekten av fysiska förändringar på isotopfraktionering. Carnegie Inst. Tvätta. 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

    , gränser för effekten av tryck på isotopfraktionering. Geochim. Cosmochim. Acta 39, 1197-1201 (1975). doi:10.1016/0016-7037(75)90062-9

    1. Y. Matsuhisa,
    2. J. R. Guldsmed,
    3. R. N. Clayton

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

  7. ↵
    1. A. Matthews,
    2. Jr Goldsmith,
    3. rn Clayton

    , syreisotopfraktioner som involverar pyroxener: kalibrering av mineralpar geotermometrar. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 631-644 (1983). doi:10.1016/0016-7037(83)90284-3

  8. ↵
    1. V. Polyakov

    , på anharmoniska och tryckkorrigeringar till jämvikts isotopkonstanter för mineraler. Geochim. Cosmochim. Acta 62, 3077-3085 (1998). doi: 10.1016 / S0016-7037(98)00220-8

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

    , tryckeffekt på väteisotopfraktionering mellan brucit och vatten vid förhöjda temperaturer. Vetenskap 286, 1545-1547 (1999). doi: 10.1126/vetenskap.286. 5444. 1545 pmid:10567257

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

    , ingen järnisotopfraktionering mellan smälta legeringar och silikatsmältning till 2000 kcal C och 7,7 GPa: Experimentella bevis och konsekvenser för planetdifferentiering och accretion. Jorden Planet. Sci. Lett. 278, 376–385 (2009). doi: 10.1016 / j. epsl.2008.12.025

  11. ↵
    1. V. B. Polyakov

    , Jämviktsjärnisotopfraktionering vid kärnmantelgränsförhållanden. Vetenskap 323, 912-914 (2009). doi: 10.1126/vetenskap.1166329pmid:19213913

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

    , Järnisotopfraktionering i jordens nedre mantel. 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: Omvärdering från data från nukleär oelastisk resonansröntgenspridning och M-spektroskopi. 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. gyllene,
    5. ck Sio,
    6. F. L. H. Tissot,
    7. M. Hu,
    8. J. Zhao,
    9. L. Gao,
    10. RV Morris

    , ett allmänt Moment Nrixs-tillvägagångssätt för bestämning av jämvikts-Fe-Isotopfraktioneringsfaktorer: Ansökan till goethite och 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

    , kalibrering av rubintrycksmätaren till 800 kbar under kvasihydrostatiska förhållanden. 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. Giannozzi

    , fononer och relaterade kristallegenskaper från densitetsfunktionell störningsteori. 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. Botten,
    6. P. Boulanger,
    7. F. Bruneval,
    8. D. Caliste,
    9. R. Caracas,
    10. M. C. C. 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: första principer tillvägagångssätt för material och Nanosystemegenskaper. Dator. Phys. Commun. 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. bil,
    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: ett modulärt och öppen källkodsprojekt för Kvantsimuleringar av material. J. Phys. Kondenserar. Materia 21, 395502 (2009). doi:10.1088/0953-8984/21/39/395502pmid:21832390

  20. ↵se kompletterande material på Science Online.
  21. ↵
    1. RC Buschert,
    2. ae Merlini,
    3. S. Pace,
    4. S. Rodriguez,
    5. MH Grimsditch

    , effekt av isotopkoncentration på gitterparametern för germanium perfekta kristaller. Phys. Rev. B 38, 5219-5221 (1988). doi: 10.1103/PhysRevB.38.5219

  22. ↵
    1. C. P. Herrero

    , isotopmassan och gitterparametern för diamant; en väg-integrerad simulering. J. Phys. Kondenserar. 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

    , terrestrisk tillväxt under oxiderande förhållanden. Vetenskap 339, 1194-1197 (2013). doi: 10.1126/vetenskap.1227923pmid:23306436

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

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

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

    , kol i kärnan: dess inflytande på egenskaperna hos kärna och mantel. 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

    , Dold kol i jordens inre kärna avslöjad genom Skjuvmjukning i tät Fe7c3. Proc. Natl. Acad. Sci. 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

    , upptäckt av bridgmanit, det vanligaste mineralet i jorden, i en chockad meteorit. Vetenskap 346, 1100-1102 (2014). doi: 10.1126/vetenskap.1259369pmid:25430766

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

    , Järnisotopskillnader mellan jorden, månen, Mars och Vesta som möjliga register över kontrasterade ackretionsmekanismer. Jorden Planet. Sci. Lett. 223, 253–266 (2004). doi: 10.1016 / j. epsl.2004.04.032

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

    , abyssalperidotiter avslöjar jordens nära kondritiska Fe-isotopkomposition. Jorden Planet. Sci. Lett. 365, 63–76 (2013). doi: 10.1016 / j. epsl.2013.01.011

  30. ↵
    1. R. Caracas

    , påverkan av väte på de seismiska egenskaperna hos fast järn. 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

    , första principer beräkningar av statens ekvationer och relativ stabilitet av järnkarbider vid jordens kärntryck. 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

    , begränsningar på jordens inre Kärnkomposition härledda från mätningar av ljudhastigheten hos HCP-järn under extrema förhållanden. 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

    , Kärnresonant röntgenspridning av järnhydrid vid högt tryck. Geophys. Res Lett. 31, L15618 (2004). doi:10.1029/2004gl020541

    1. M. M. Elcombe,
    2. Jr Hulston

    , beräkning av svavelisotopfraktionering mellan sphalerit och galena med hjälp av gitterdynamik. Jorden Planet. Sci. Lett. 28, 172–180 (1975). doi: 10.1016/0012-821X(75)90224-1

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

    , järnisotopfraktionering mellan pyrit (FeS2), hematit (Fe2O3) och siderit (Feco3): en första principer densitet funktionell teori studie. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 6565-6578 (2009). doi: 10.1016/j.gca.2009.07.034

    1. S. Ponc

    , C. G. Antonius, P. Boulanger, E. Cannuccia, A. Marini, M. C. Gonze, verifiering av första principkoder: jämförelse av totala energier, fononfrekvenser, elektron-fononkoppling och nollpunktsrörelsekorrigering till klyftan mellan ABINIT och QE/Yambo. Dator. Mater. Sci. 83, 341–348 (2014). doi: 10.1016/j.commatsci.2013.11.031

    1. jp Perdew,
    2. K. Burke,
    3. Y. Wang

    , generaliserad gradient approximation för utbyteskorrelationshålet i ett många-elektronsystem. Phys. 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

    , Gittervibrationer i järn vid 296 kg 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

    , termisk expansion av silikatperovskit och stratifiering av jordens mantel. Natur 319, 214-216 (1986). doi:10.1038/319214a0

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

    , termisk expansion av järnrika legeringar och konsekvenser för jordens kärna. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 9162-9167 (2007). doi: 10.1073/pnas.0610474104pmid:17446274

    1. W. Sturhahn

    , Kärnresonansspektroskopi. J. Phys. Kondenserar. Materia 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. ck. Sio,
    7. F. L. H. Tissot,
    8. J. Zhao,
    9. L. Tissandier,
    10. E. M

    , C. Dard, Cordier, Magma redox och strukturella kontroller på järn isotopvariationer i jordens mantel och skorpa. Jorden Planet. Sci. Lett. 398, 127–140 (2014). doi: 10.1016 / j. epsl.2014.04.033

  43. ↵
    1. ca Murphy,
    2. JM Jackson,
    3. W. Sturhahn

    , experimentella begränsningar av termodynamiken och ljudhastigheter av hcp-Fe till kärntryck. J. Geophys. Res. 118, 1999-2016 (2013). doi: 10.1002 / jgrb.50166

bekräftelser: stöds av ett Stanford University Blaustein Fellowship, under vilket detta projekt utvecklades, och NSF grant EAR1321858 (as); NSF grant EAR1464008 (As och WM); NSF grant EAR1530306 (EAS); och CNRS PICS grant Carmelts och eDARI/CINES grant x2015106368 för beräkningsresurser (RC). De fullständiga datatabellerna för denna studie finns på www.gl.ciw.edu/static/users/ashahar/shahar_nrixs/. vi tackar fyra anonyma granskare för att ge mycket användbara kommentarer och förslag.

Published by admin

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.