Posted on by

Trykkavhengig isotopisk sammensetning av jernlegeringer

Jernisotoper begrenser kjernekjemi

den samlede sammensetningen Av Jordens kjerne er en viktig begrensning på kjemi og utvikling av planetens indre. Et langvarig problem har vært å bestemme mindre element bidrag til sin hovedsakelig jern-nikkel legering. Basert på jernisotop fraksjonering av forskjellige jernlegeringer med trykk, Shahar et al. finn at karbon og hydrogen sannsynligvis ikke er primære komponenter i kjernen. Fraksjoneringen skjer ved det høye trykket i kjernedannelsen, noe som tyder på at de stabile jernisotopforholdene På Jorden er en ny og uavhengig begrensning på kjernesammensetningen.

Vitenskap, dette problemet p. 580

Abstract

vår nåværende forståelse Av Jordens kjernedannelse er begrenset av det faktum at denne dype hendelsen er fjernt fra oss fysisk og timelig. Sammensetningen av jernmetallet i kjernen var et resultat av betingelsene for dannelsen, noe som har viktige implikasjoner for planetens geokjemiske utvikling og fysiske historie. Vi presenterer eksperimentelle og teoretiske bevis for effekten av trykk på jernisotopisk sammensetning, som vi fant å variere i henhold Til legeringen testet (FeO, FeHx eller Fe3C versus pure Fe). Disse resultatene tyder på at hydrogen eller karbon ikke er den viktigste lyselementkomponenten i kjernen. Trykkavhengigheten av jernisotopisk sammensetning gir en uavhengig begrensning på Jordens kjernesammensetning.

separasjonen av jernmetall fra silikat for å danne Jordens kjerne representerer en grunnleggende fysisk og kjemisk differensieringsprosess i planetens historie. Differensiering av planeter og asteroider generelt er basert på temperatur, trykk (eller størrelse på kroppen), oksygen fugacity, og nedslagshistorie. På Jorden etterlot kjernedannelsen mange ledetråder i form av siderofile elementmønstre, seismiske observasjoner og radiogene isotopforhold som muliggjør studier av hvordan og når differensiering skjedde. Seismiske data viser en tetthetsforskjell mellom rent jern og den utledede tettheten fra hastighetene til de seismiske bølgene i Jordens indre. Denne uoverensstemmelsen innebærer at det er «lette» elementer annet enn jern i Jordens kjerne. Men fordi direkte prøvetaking av kjernen er umulig, forblir sammensetningen et sterkt debattert emne . Under differensieringsprosessen vil det smeltede jernmetallet legeres med andre elementer på sin rute til midten av planetarisk kropp. Elementene det knytter seg til vil være en funksjon av forholdene som deltar i kjernedannelsen. For å forstå historien til vår planet (eller av en planetarisk kropp som opplevde kjernedannelse), må vi begrense dette lyselementet i kjernen.

prinsippet om å bruke stabile isotoper for å undersøke planetenes kjemiske sammensetning er forankret i forståelsen av isotopfraksjonering under sekvestrering av elementer i usynlige reservoarer som kjernen. Isotopfraksjonering vil eksistere mellom faser med forskjellige bindingsmiljøer (F.eks. jordens kjerne og mantel), og separasjon av elementer mellom reservoarer manifesterer denne fraksjoneringen. Mange variabler påvirker fraksjoneringen, inkludert temperatur, oksygen fugacity og sammensetning. For eksempel ble isotopisk partisjonering mellom metall og silikat vist å øke når økende mengder svovel ble tilsatt jernmetall (2). Imidlertid ble disse forsøkene utført ved lavtrykksforhold (1 GPa) i forhold til de antatte forholdene for kjernedannelse (~60 GPa), og trykk ble ikke ansett som en kritisk variabel for å påvirke isotopfraksjonering. Joy Og Libby (3) beregnet effekten av trykk på isotopfraksjonering og foreslo at oksygenisotopfraksjonering kan være trykkavhengig ved lave temperaturer. Året etter undersøkte imidlertid en studie (4) effekten av trykk eksperimentelt og observerte ingen trykkeffekt på oksygenisotoppartisjonering mellom vann og bikarbonat. Senere Fant Clayton og medarbeidere (5-7) ingen trykkeffekt på mineralvannsfraksjonering over en rekke trykk (opptil 2 GPa) og temperaturer (opptil 1000 K). Som et resultat av disse innledende studier, effekten av trykk på isotop fraksjonering er antatt å være ubetydelig for alle elementer. En trykkeffekt på isotopfraksjonering ble foreslått i annet teoretisk arbeid (8) og bekreftet eksperimentelt for hydrogen (9), men ikke for tyngre elementer og høyere trykk (10). Bedre instrumentering kan imidlertid etter hvert løse svært små fraksjoneringseffekter, og høyere trykk kan belyse den forventede fraksjoneringen (11, 12).

for å teste om lyselementet bundet med jern endrer jernisotopfraksjonering mellom metall og silikat, gjennomførte vi nuclear resonant inelastic x-ray scattering (NRIXS) eksperimenter På FeO, FeHx, Fe3C og Fe fra 2 til 40 GPa. Polyakov og medarbeidere (11, 13, 14) pionerer bruken av synkrotron nrixs data for å oppnå vibrasjonsegenskaper av mineraler for beregning av isotopiske fraksjoneringsfaktorer. VI kan bruke nrixs-data til å utlede reduserte partisjonsfunksjonsforhold( β faktorer), hvorfra vi kan bestemme likevektsisotopiske fraksjoneringsfaktorer: δ – δ = 1000 × (ln ß-ln ß), Hvor A og B er to forskjellige faser av interesse. Dauphas et al. (15) ga en utmerket introduksjon til denne teknikken og dens anvendelighet til isotopgeokjemi. EN stor fordel MED nrixs eksperimenter er at vi kan sonde vibrasjonsegenskapene til en fase om gangen. Mer tradisjonelle metoder som brukes for å måle isotop fraksjonering krever å ha to faser ved likevekt som deretter må skilles og analyseres for deres isotopforhold.

vi gjennomførte høytrykks nrixs eksperimenter ved sektor 16-ID-D (HPCAT) Av Advanced Photon Source Ved Argonne National Laboratory. Vi fikk energi spektra fra -120 meV til + 150 meV i trinn på 0.5 meV med en energi oppløsning på 2 meV. Telletiden varierte mellom 6 og 7 s per punkt, med hver nrixs skanning varer ca 1 time og med 19 til 50 skanner per trykkpunkt. Ett hundre prosent isotopisk anriket 57FeO, 57Fe3C, eller 57fe pulver ble lastet inn i et prøvekammer boret inn i en beryllium pakning i en panorama diamant amboltcelle. For hydrid ble kammeret lastet med ren 57Fe Og væske H2, som reagerte for å danne FeHx. Trykket ble kalibrert ved hjelp av ruby-skalaen VED HPCAT (16). Vi har også beregnet de teoretiske β faktorene fra vibrasjonsnivåene til forskjellige isotopbærende strukturer. Vi beregnet disse ved hjelp av tetthetsfunksjonell perturbasjonsteori (17) I ABINIT-Og Quantum Espresso-implementeringen (18, 19) med planbølger og pseudopotensialer, hvorfra vi fikk den teoretiske fonontettheten av stater (20).

vi fant lineære forhold med trykk For Fe, Fe3C, FeHx og FeO som viste utmerket avtale med våre teoretiske beregninger av β faktorer (Fig. 1). Hver fase viser en økning i den β faktoren med trykk; dessuten er bakkene til hver linje forskjellige. Isotopisk fraksjonering mellom hver fase og rent Fe-metall viser forskjellige bakker og avskjærer indikative for varierende trykkavhengigheter (Fig. 2). Vi kan forklare dette ved de forventede forskjellene i binding mellom jern og dets forskjellige legeringselementer.

Fig. 1 trykkavhengighet av 57 / 54Fe β-faktoren for de ulike jernfasene som ble undersøkt.

det kan ses en klar trykkavhengighet av β-faktoren for alle analyserte faser. (A) den β faktoren som en funksjon av trykk for ren Fe. Grå firkanter er eksperimentelle data; grønne sirkler er teoretiske beregninger. (B) den β faktoren som en funksjon av trykk For Fe3C. Svarte firkanter er eksperimentelle data; grønne sirkler er teoretiske beregninger. (C) den β faktoren som en funksjon av trykk for FeHx. Blå firkanter er eksperimentelle data; grønne sirkler er teoretiske beregninger. (D) den β faktor som en funksjon av trykk For FeO. Røde firkanter er eksperimentelle data. Hvert trykkpunkt ble målt minst 19 ganger og så mange som 40 ganger. Feilene på eksperimentelle data er ±2 SD.

Fig. 2 Forskjell i jernisotopforholdene i legeringen med hensyn til ren Fe som en funksjon av trykk.

den røde linjen er isotopforholdsforskjellen For FeO-Fe, den blå linjen Er FeHx-Fe, og den svarte linjen Er Fe3C-Fe. Hvor linjene krysser 0 på y-aksen representerer trykket der det ikke er isotopfraksjonering mellom fasene og ren Fe. Jern isotop fraksjonering kan sees å endre seg med trykk. Δ57Fealloy − Fe = δ57Fealloy – δ57FeFe = 103 × (ln ßalloy57/54Fe – ln ßFe57/54Fe).

ved likevekt er isotopfraksjonering en kvantemekanisk effekt forårsaket av forskjeller i fri energi av strukturer befolket av forskjellige isotoper. Isotop trykkavhengigheter kan være et resultat av isotopiske effekter på molar volum eller kan være forårsaket av kraft konstant avstivning som strukturer kontrakt. Molar volum isotop effekt har blitt diskutert mye og oppstår når tunge isotoper gjøre litt kortere bindinger og derfor pakke tettere enn lette seg. Teoretiske og eksperimentelle studier av isotopeffekter på molarvolumene av elementer med atomnummer som spenner over jern (f. eks., karbon og germanium) indikerer at isotopeffekter på volum er svært små ved standard temperatur og trykk (mindre enn en del i 10-3 for 13c versus 12c i diamant, ~10-5 for 74Ge versus naturlig germanium). Videre forsvinner molarvolumeffekter når temperaturen øker utover Debye-temperaturen (21, 22) og også når trykket øker (22). Vi forventer derfor at denne effekten er ubetydelig for jernisotopfraksjonering ved trykk og temperaturer som er relevante for kjernesegregering. Den samme konklusjonen ble nådd i en tidligere teoretisk studie av høytrykks jernisotopfraksjonering (11). Våre teoretiske beregninger retter seg mot økningen i kraftkonstanter og tilsvarende vibrasjonsfrekvenser på grunn av bindingsstivning under kompresjon.

vi Finner at trykk har en klar effekt på isotopfraksjonering mellom faste faser, og at denne effekten er forskjellig for de forskjellige legeringene (Fig. 1 og 2). Spesielt finner vi at jernlegeringene vi studerte ikke konsentrerer jernisotoper i samme grad. Ettersom karbon, hydrogen og oksygen er kosmokjemisk rikelig og har blitt foreslått som mulige kandidater for hovedlyselementet i planetkjerner, kan jernisotopfraksjonering være en spor av lyselementblandinger i planetkjerner. Jern-hydrogenlegeringen og jern-karbonlegeringen har den største fraksjoneringen i forhold til rent jern i en typisk magma havsetting på ~60 GPa (23). Hydrogeninnholdet i kjernen er dårlig begrenset, med estimater som varierer fra ubetydelig opp til tilsvarende 100 hydrokfærer (24). Estimater for karboninnholdet i kjernen er mindre enn ~1 vektprosent (25, 26). Fordi våre data ble samlet inn ved romtemperatur, beregnet vi temperatureffekten på fraksjoneringen av bridgmanitt (27) i forhold til jernfasene (Fig. 3) (18). Ved 3500 K er fraksjoneringen for ren Fe ~0.03 per mil (‰) og for FeHx er ~0.07‰.

Fig. 3 Jern isotop fraksjonering mellom bridgmanite og jern faser som en funksjon av temperatur.

den røde linjen er isotopforholdet mellom bridgmanite-FeO, den grå linjen er bridgmanite-Fe, den svarte linjen er bridgmanite – Fe3C, og den blå linjen er bridgmanite – FeHx. Ved betingelsene for kjernedannelse kan en liten, men oppløselig fraksjonering ses i alle legeringer, med Det For Fe3C og FeHx mye større enn For Fe og FeO. Δ57Febridgmanite-Fe = δ57Febridgmanite-δ 57fefe.

Innledende jernisotoparbeid på naturlige prøver fastslått at «Jord» (dvs. mantelavledede bergarter)var ~0.1‰ tyngre i δ57 / 54 enn bergarter Fra Mars og Vesta (28). Forutsigelser (11) konkluderte med at kjerne-manteldifferensiering ville gi et avtrykk på jordens jernisotopsignatur på grunn av valensstatsforskjellen Av Fe mellom fe2+-bærende mineraler og Fe0-metall i kjerne-mantelgrensen. Den studien foreslo at anrikningen av terrestriske og månebasalter i tunge jernisotoper i forhold til De Fra Mars eller Vesta skyldes likevekts jernisotopfraksjonering under Jordens kjerneformasjon. Etterfølgende forklaringer hevdet imidlertid at bulksilikatjorden er kondritisk og at det er de terrestriske basalter som er uregelmessige (29). Modellen antyder at jernisotopsammensetningen av basaltene var forskjellig fra kildebergarten som de kom fra; det vil si fraksjonering av jernisotoper oppstår under delvis smelting. Derfor, hvis bulksilikatjorden er kondondotisk i sine jernisotopforhold, bør den ha en δ57 / 54 av 0‰ Hvis det er tilfelle, kan ikke noe lyselement som forårsaker en stor nok fraksjonering ved høyt trykk og temperatur for å avvike fra den verdien, være en viktig bestanddel av kjernen. En advarsel er at hvis bulksilikatjorden ble funnet å være nonchondritisk, vil lyselementet som forårsaker en fraksjonering som er stor nok til å bli sett—som hydrogen—være den mest sannsynlige kandidaten til lyselementet i kjernen.

våre resultater tyder på at kjernedannelse kan etterlate et isotopisk avtrykk på silikatdelen av Jorden selv ved de høyeste trykk og temperaturer. Videre vil tilsetningen av forskjellige lyselementer modulere dette avtrykket. Spesielt indikerer våre resultater at hvis hydrogen eller karbon ble brukt til å forklare tetthetsunderskuddet I Jordens kjerne, ville vi forvente en isotopisk signatur påtrykt i mantelbergarter, som ikke er sett i bergposten. Mangelen på bevis for denne signaturen antyder at hydrogen og karbon bør utelukkes som hovedlyselementet I Jordens kjerne (Fig. 4). Det har vært betydelig uenighet i litteraturen om hvorvidt karbon og / eller hydrogen er sannsynlig hovedbestanddeler i kjernen, på grunnlag av andre bevis , så denne studien gir en uavhengig begrensning. I kontrast fant vi at oksygen ikke etterlater et avtrykk på silikatmantelen, noe som innebærer at oksygen i hvert fall for fasene vi har analysert, er et mulig lyselement i kjernen (1). Det er spennende at lyselementet endrer isotopforholdene med disse sluttmedlemsammensetningene. Effektene av andre lyselementer (som silisium og svovel) på jernisotopforholdene må undersøkes, samt effektene av nikkel og trykkinducert struktur, elektroniske og magnetiske overganger. Derimot, det er nå klart at trykket ikke kan ignoreres når man diskuterer likevekt stabil isotop fraksjonering i den dype Jorden.

Fig. 4 en skjematisk av implikasjonene av denne studien med hensyn til jernisotopforholdene i dagens mantel.

(a) Tverrsnitt Av Jorden som viser jernisotopforholdet til mantelen etter kjernedannelse hvis Fe var det eneste grunnstoffet i kjernen. (B Til D) Samme som (a) hvis hydrogen (B), oksygen (C) eller karbon (D) var tilstede. 57femantle-verdiene I (A) Og (C) kan ikke løses med dagens teknologiske evner, men verdiene I (B) Og (D) er svært oppløselige

Supplerende Materialer

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

Materialer Og Metoder

Supplerende Tekst

Fiken. S1 Til S7

Referanser (33-43)

Referanser Og Notater

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

    , en seismologisk konsistent sammensetningsmodell av Jordens kjerne. Proc. Natl. Acad. Sci. Usa 111, 7542-7545 (2014). doi: 10.1073 / pnas.1316708111pmidten:24821817

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

    , Svovel-kontrollerte jern isotop fraksjonering eksperimenter av kjernedannelse i planetlegemer. Geochim. Cosmochim. Acta 150, 253-264 (2015). doi:10.1016 / j.gca.2014.08.011

  3. ↵
    1. Hw Joy,
    2. Wf Libby

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

  4. ↵
    1. T. C. Hoering

    , effekten av fysiske endringer på isotopisk fraksjonering. Carnegie Inst. Vaske. Årb. 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

    , Begrensninger på effekten av trykk på isotopisk fraksjonering. 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

    , oksygen isotopisk fraksjonering i systemet kvarts-albitt-anorthite-vann. 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

    , Oksygen isotop fraksjoneringer involverer pyroxener: kalibrering av mineral-par geotermometre. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 631-644 (1983). doi:10.1016/0016-7037(83)90284-3

  8. ↵
    1. V. Polyakov

    , på anharmoniske og trykkkorrigeringer til likevektsisotopiske 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. Dr Cole

    , Trykk effekt på hydrogen isotop fraksjonering mellom brucite og vann ved forhøyede temperaturer. Vitenskap 286, 1545-1547 (1999). doi:10.1126 / vitenskap.286.5444.1545 pmid:10567257

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

    , ingen jernisotopfraksjonering mellom smeltede legeringer og silikatsmelting til 2000°C og 7,7 GPa: Eksperimentelle bevis og implikasjoner for planetarisk differensiering og akkresjon. Jorden Planet. Sci. Lett. 278, 376–385 (2009). doi: 10.1016 / j.epsl.2008.12.025

  11. ↵
    1. V. B. Polyakov

    , Likevekt jern isotop fraksjonering ved kjerne-mantelen grenseforhold. Vitenskap 323, 912-914 (2009). doi:10.1126 / vitenskap.1166329pmid:19213913

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

    , jern isotop fraksjonering 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: Reevaluering fra data av kjernefysisk uelastisk resonans X-ray spredning Og M@sssbauer 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. Golden,
    5. C. K. Sio,
    6. F. L. H. Tissot,
    7. M. Hu,
    8. J. Zhao,
    9. L. Gao,
    10. Rv Morris

    , Et Generelt Øyeblikk Nrixs Tilnærming Til Bestemmelse Av Likevekt Fe Isotop Fraksjoneringsfaktorer: Søknad 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. Xu,
    3. Pm Bell

    , Kalibrering av ruby trykkmåleren 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. S. Giannozzi

    , Fononer og relaterte krystallegenskaper fra tetthetsfunksjonell perturbasjonsteori. 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. Cô,
    11. T. Deutsch,
    12. L. Genovese,
    13. P. Ghosez,
    14. M. Giantomassi,
    15. S. Goedecker,
    16. D. R. Hamann,
    17. P. Hermet,
    18. G. Jomard,
    19. S. Leroux,
    20. M. Mancini,
    21. S. Mazevet,
    22. m. j. t. oliveira,
    23. G. Onida,
    24. Y. Pouillon,
    25. T. Rangel,
    26. G.-M. Rignanese,
    27. D. Sangalli,
    28. R. Shaltaf,
    29. M. Torrent,
    30. mj verstraete,
    31. G. Zerah,
    32. Jw Zwanziger

    , Abinit: Første Prinsipper Tilnærming Til Materiale Og Nanosystem Egenskaper. Comput. 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. 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: En Modulær Og Åpen Kildekode-Prosjekt For Quantum Simuleringer Av Materialer. J. Phys. Condens. Saken 21, 395502 (2009). doi:10.1088/0953-8984/21/39/395502pmid:21832390

  20. ↵se supplerende materialer På Science Online.
  21. ↵
    1. R. C. Buschert,
    2. A. E. Merlini,
    3. S. Pace,
    4. S. Rodriguez,
    5. M. H. Grimsditch

    , effekt av isotopkonsentrasjon på gitterparameteren til germanium perfekte krystaller. Phys. Åp B 38, 5219-5221 (1988). doi: 10.1103 / PhysRevB.38.5219

  22. ↵
    1. C. P. Herrero

    , isotopisk masse og gitterparameter av diamant; en sti-integrert simulering. J. Phys. Condens. Saken 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 tilvekst under oksiderende forhold. Vitenskap 339, 1194-1197 (2013). doi:10.1126 / vitenskap.1227923pmid:23306436

  24. ↵
    1. Q. Williams,
    2. Rj Hemley

    , Hydrogen i den dype Jorden. Annu. Rev. Jorden Planet. Sci. 29, 365–418 (2001). doi:10.1146 / annurev.jord.29.1.365

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

    , Karbon i kjernen: dens innflytelse på egenskapene til kjerne og 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. M. Y. Hu,
    5. J. Zhao,
    6. W. Bi,
    7. E. E. Alp,
    8. Y. Xiao,
    9. P. Chow,
    10. J. Li

    , Skjult Karbon I Jordens Indre Kjerne Avslørt Av Skjærmykning I Tett 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

    , Oppdagelse av bridgmanitt, det mest tallrike mineral I Jorden, i en sjokkert meteoritt. Vitenskap 346, 1100-1102 (2014). doi:10.1126 / vitenskap.1259369pmid:25430766

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

    , Jernisotopforskjeller Mellom Jord, Måne, Mars og Vesta som mulige registreringer av kontrasterte akkresjonsmekanismer. Jorden Planet. Sci. Lett. 223, 253–266 (2004). doi: 10.1016 / j.epsl.2004.04.032

  29. ↵
    1. Pr Craddock,
    2. Jm Warren,
    3. N. Dauphas

    , Abyssal peridotites avsløre Nær-chondritic Fe isotopiske sammensetningen Av Jorden. Jorden Planet. Sci. Lett. 365, 63–76 (2013). doi: 10.1016 / j.epsl.2013.01.011

  30. ↵
    1. R. Caracas

    , påvirkning av hydrogen på de seismiske egenskapene til fast jern. Geofyser. 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

    , Første-prinsipper beregninger av ligninger av staten og relativ stabilitet av jernkarbider Ved Jordens kjerne trykk. Russ. Geol. Geofyser. 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. T. Sakairi,
    6. A. Takahata,
    7. T. Sakai,
    8. S. Tsutsui,
    9. D. Ishikawa,
    10. R. Shiraishi,
    11. Y. Seto,
    12. T. Tsuchiya,
    13. A. Q. Baron

    , Begrensninger På Jordens Indre Kjernesammensetning Avledet Fra Målinger Av Lydhastigheten Til Hcp-Jern Under Ekstreme Forhold. 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

    , Kjernefysisk resonans x-ray spredning av jernhydrid ved høyt trykk. Geofyser. Res. Lett. 31, L15618 (2004). doi:10.1029 / 2004GL020541

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

    , Beregning av svovelisotopfraksjonering mellom sphaleritt og galena ved hjelp av gitterdynamikk. Jorden Planet. Sci. Lett. 28, 172–180 (1975). doi: 10.1016/0012-821X(75)90224-1

    1. M. Blanchard,
    2. F. Poitrasson,
    3. M. Mé,
    4. M. Lazzeri,
    5. E. Balan

    , jernisotopfraksjonering mellom pyritt (FeS2), hematitt (Fe2O3) og sideritt (Feco3): En Første Prinsipper Tetthet Funksjonell Teori Studie. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 6565-6578 (2009). doi:10.1016 / j.gca.2009.07.034

    1. s. Ponc

    , hryvnias G. Antonius, P. Boulanger, E. Cannuccia, A. Marini, M. Côé Gonze, Verifikasjon av førsteprinsippskoder: Sammenligning av totale energier, fononfrekvenser, elektron-fononkobling og nullpunktskorreksjon til gapet MELLOM ABINIT og QE/Yambo. Comput. Bill. Sci. 83, 341–348 (2014). doi: 10.1016 / j.commatsci.2013.11.031

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

    , Generalisert gradient tilnærming for utveksling-korrelasjon hull av en mange-elektron system. Phys. Pastor Lett. 54, 16533–16539 (1996). doi: 10.1103 / PhysRevB.54.16533

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

    , Gittervibrasjoner i jern ved 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

    , Termisk ekspansjon av silikat perovskitt og stratifisering 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 ekspansjon av jernrike legeringer og implikasjoner for Jordens kjerne. Proc. Natl. Acad. Sci. Usa 104, 9162-9167 (2007). doi: 10.1073 / pnas.0610474104pmidten:17446274

    1. W. Sturhahn

    , Kjernefysisk resonans spektroskopi. J. Phys. Condens. Saken 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 og strukturelle kontroller på jernisotopvariasjoner I jordens mantel og skorpe. Jorden Planet. Sci. Lett. 398, 127–140 (2014). doi: 10.1016 / j.epsl.2014.04.033

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

    , Eksperimentelle begrensninger på termodynamikk og lydhastigheter av hcp-Fe til kjernetrykk. J. Geophys. Res. 118, 1999-2016 (2013). doi: 10.1002 / jgrb.50166

Bekreftelser: Støttet Av Et Stanford University Blaustein Fellowship, hvor dette prosjektet utviklet seg, og NSF grant EAR1321858 (As); NSF grant EAR1464008 (As og Wm); NSF grant EAR1530306 (Eas); OG CNRS pics grant Carmelts og eDARI/CINES grant x2015106368 for computational resources (RC). De komplette datatabellene for denne studien finnes på www.gl.ciw.edu/static/users/ashahar/shahar_nrixs vi takker fire anonyme anmeldere for å gi svært nyttige kommentarer og forslag.

Published by admin

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.