Bu çalışma JMBNRB verilir Doğa Bilimleri ve Kanada Ekipmanları, Discovery ve Discovery Hızlandırıcı Hibe Mühendislik Araştırma Konseyi tarafından desteklenen, Washington post-doktora burs programı Carnegie Institution destek kabul eder. Stephen Elardo ayrıca Jeofizik Lab&#39;de piston-silindir pres ile filme önce yaptığı yardım için teşekkür edilir.

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Burada özetlenen protokoller kullanılarak gerçekleştirilen içerme serbest deneylerin sonuçları, daha önce referans 29 (Os, Ir, Au), 30 (Re, Au) ve 31 (Pt) içinde literatür verileri ile karşılaştırılmıştır. Pt eklenmesi ücretsiz çalışma ürünlerin yararlılığını gösteren en öğreticidir. Düşük f O 2 çalıştırmak deneyler için, Ertel ve ark. 48 stabil bir kökeni kapanımlar atanan ve bu nedenle zamana bağımlı YG-ICPMS spektrumları düşük sayıları başına ikinci bölgenin veri azaltma kısıtlı. Bu yaklaşım ölçülen silikat eriyik konsantrasyonları kapanım katkısını en aza indirir. . En Ertel ve ark 48 Veri ~ IW + 1 benzeri f O 2 gerçekleştirilen içerme ücretsiz deneyler tarafından tanımlanan D Met / Sil ve 1 / T arasındaki trendi iyi katılıyorum; seçtikleri analitik tedavi gerçek Pt çözünürlüklere 31 belirlemede etkili olduğunu doğrulayan. Ayrıca, burada özetlenen eklenmesi bastıran protokolü kullanılarak yapılan deneyler spektrum filtreleme yöntemi 17 daha az etkili hale geldiği daha azaltarak koşulları prob edebiliyoruz. Söndürme ilgili kapanım sadece varlığını varsayalım çalışmalarda, içerme ücretsiz verilerle değişken anlaşma var. Örneğin, iyi bir uyum Mann ve ark., 49 sonuçları ile gözlenir, inklüzyon içermeyen deneyler 31 den D Met / SIL Ancak, Cottrell ve ark., 22 ekranın deneyler sistematik olarak daha düşük değerler. geniş bir şartlar aralığında dahil içermeyen deneyler üretimi Önceki dahil kirlenen ölçümlerin güvenilirliğini değerlendirmek, böylece önemlidir. Burada açıklanan protokol bir koşul aralığı üzerinde başarılı olduğu kanıtlanmıştır, ancak metal katkıları ile kontaminasyon problemi için bir ilacı değildir. Deneyler kullanılarak gerçekleştirildiAu ilave tekniği çok düşük bir ön O 2 karmaşık alaşım bileşimleri oluşumu etkilenir. Demir wüstite tamponu daha azaltılması önemli ölçüde daha fazla koşulları oluşturmak amacıyla, temel Si başlangıç ​​malzemeleri ilave edilir. Bu deneylerin azaltan en Run ürünler geniş söndürme ilgili ekssolüsyon dokular sahip 2 eş mevcut alaşımlar içeriyor. Alaşım immiscibility indirgeyici koşullar metal fazına Si önemli çözeltisine nedeniyle ortaya görünmektedir. Çok indirgeyici koşullar oluşan alaşım bileşimleri için uygun aktivite kompozisyon verilerin eksikliği tespit edilmesini alaşım aşamasında Fe ve SEÇ faaliyetlerini engeller. Bu çözünürlük limitte silikat eriyik örnek f O 2 ve SEÇ konsantrasyonlarının doğru hesaplama önler. Pt inklüzyonların oluşumunu önlemek için bir yöntem olarak, Si-Ayrıca etkinliği düşük azaltmak için görünürsıcaklık. Bennett ve ark., 31 yüksek sıcaklıklarda yapılan bu değil oysa deneyler, metal kapanım tarafından kontaminasyon 1,873 K gösterge kanıt yapılan kaydetti. Bu düşük sıcaklıklarda numune azaltma ve Pt in-difüzyon arasındaki kinetik ilişkide bir değişiklik nedeniyle olabilir. Si-ekleme tekniği kullanılarak gerçekleştirilen deneyler için bir başka husus nihai eriyik kompozisyonu üzerindeki etkisi olmasıdır. Erken deneyde element Si oksidasyonu eriyik içinde FeO ile aşağıdaki reaksiyon yoluyla gerçekleşir: Si (tanıştığımız) + 2FeO (sil) = SiO 2 (sil) + 2Fe (tanıştığımız) (2) Daha fazla indirgeme koşulları erişmek için Si büyük miktarlarda eklenmesi, bu nedenle daha SiO2, zenginleştirilmiş ve FeO tükenmiş erimiş bileşim içinde sonuçlanır. Geniş f O yayılan deneyler için 2 </sub&gt; sınıfı, ancak erimiş kitle bileşim içinde küçük bir değişiklik başlangıç ​​malzemesi silikatın müsait ayarlanması Genel olarak reaksiyon 6. dengelemek için yapılmalıdır adres bu FeO 2 mol eklenmesi için SiO 2 1 mol çıkarılması ile gerçekleştirilebilir Si, her mol başlangıç ​​bileşimine ilave edilir. Aynı zamanda, bazı çalışmalar eriyik 50 Fe taşıyan olup olmadığını metalik inklüzyonların oluşumu, aynı zamanda, özellikle, erimiş bileşimin bağlıdır bulduk unutulmamalıdır. kirlenmemiş çalışma ürünleri elde çözünürlük verileri, doğru metal silikat bölüm katsayıları hesaplanmıştır sağlar. Çevrede SEÇ saf faz olarak mevcut olmadığı durumlarda deneyler için (yani, SEÇ metal aktivitesi &lt;1), silikat aşamasında ölçülen konsantrasyonlar mevcut termodinamik verileri kullanarak birimi aktivitesi için düzeltilir. Au hariç, HSE için kullanılabilir aktivite kompozisyon ilişkileri yararlı bir özetinialaşımlar referans 49 içinde temin edilmektedir. Au-Fe alaşımları için sınırlı veri referanslar 46,51 bulunabilir. Aşağıdaki ilişki daha sonra silikat eriyik 16 giderilmiştir HSE konsantrasyonları D Met / Sil değerlerini belirlemek için kullanılır <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq6.jpg" /> (3) Nerede <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq7.jpg" /> SEÇ fazda doygunluk de silikat SEÇ konsantrasyonu, bir dönüşüm faktörü ağırlık bir köstebek olduğunu ve <img alt="Denklem 8" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq8.jpg" /> Sıvı Fe-metal sonsuz seyreltme seçilen HSE aktivite katsayısı. 9 görüntüler 2 GPa yapılan deneylerden hesaplanan T D Met / Sil değişim ve demir-wüstite tampona bir f O 2 yakın Şekil. Bu verilerin bir uygulama içinBu elemanların tahmin ilkel üst manto bolluk hesaba yüksek sıcaklık metal silikat denge kabiliyetini değerlendirmek. Metal silikat denge PUM kompozisyonu sorumlu olmadığını SEÇ D Met / Sil değerleri ~ 10 2 -10 3 yaklaşık aynı sıcaklık değerlerine düşmesi gerekir. 31 - Şekil 9&#39;da gösterilen daha önceki çalışmalardan elde edilen veriler, bu gereksinimi ortamı yaratabilmeli 29 indirgeyici gerçekleştirilen deneylerin sonuçları tarafından yerine olduğunu göstermektedir. Kirlenmemiş silikat çalışma ürünleri çözünürlük ölçümleri, aynı zamanda, düşük F O 2 silikat eriyikte eritilir HSEs spesiasyonu ortaya yararlıdır. Redoks koşulları geniş bir ürün yelpazesi üzerinde bu metallerin türleşme ile ilgili bilgiler değil, aynı zamanda in için, deneysel olarak incelenmiştir aralığın dışında veri ekstrapolasyon yönlendirmek için sadece yararlıdırÖzellikle optik özellikleri olan gözlük oluşan tasarımı. Çözünmüş metallerin oksidasyon durumundaki değişiklikler, optik emme ortaya çıkabilecek özellikleri hangi varyasyonun tür olarak koordinasyon kimyasında neden olduğu değişiklikleri, eşlik edebilir. Örneğin yaygın olarak eriyikten cam sentezlenmesi için bir kap malzemesi olarak kullanılan platin çözünmesi için, erimiş kitle 52,53 redoks koşullarına bağlı olarak, farklı renkli camlarla yol açabilir. çözündürülmüş HSEs oksitlenme durumu f O 2 çözünürlük değişikliği anlaşılabilir. Eriyik içinde bir oksit türleri gibi bir metal (M) çözünmesini göz önünde bulundurun: <img alt="Denklem 10" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq10.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px; line-height: 28px;" /> (4) Burada, n, eritilmiş metalin oksidasyon durumudur. denklem 3 T ve P denge sabiti (K) verilirby: <img alt="Denklem 9" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq9.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px; line-height: 28px;" /> (5) Reaksiyonun Gibbs serbest enerjisi ile K ln eşitlemek ve metal fazında doyma (a E = 1) en denklem 4 olur: <img alt="Denklem 11" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq11.jpg" /> (6) HSE çözünürlük ve f O 2 arasında bir eğilim eğimi, bu nedenle N Türleşmenin elde edilebilir olan / 4, elde edilir. Brenan ve McDonough 29 Burada tarif edilen teknikler kullanılan deney f O 2 bir fonksiyonu olarak Ir çözünürlüğünü belirlenmiştir. Bu deneylerin sonuçları, düşük silikat eriyiklerinin IR için 1+ oksidasyon halinde (0.25 tahmin eğim) ile büyük ölçüde uyumlu, Şekil 10&#39;da gösterilen ve 0.2 arasında bir eğim elde edilir. Deneysel belirlenen metal silikat bölüm katsayıları karasal toplanma esnasında çekirdek-manto denge şartlarını oluşturmak için kullanılabilir. Yüksek siderophile elemanlar için sonuçlar, aynı zamanda toprak çekirdek oluşumuna daha sonra kondritik malzemenin bir geç-kaplama deneyimli olup olmadığını değerlendirmek için de kullanılabilir. Burada özetlenen, sırasıyla çoklu örs ve piston-silindir cihazlarda metal silikat bölümleme ve çözünürlük deneyler gerçekleştirmek için işlemlerdir. Teknikler ayrıca 2 GPa de SEÇ çözünürlük deneylerinde metal kapanım oluşumunu bastırmak ve sıcaklıkların&gt; 1,873 K. hesaplanan SEÇ bölüm katsayıları yüksek T metal silikat denge ilkel üst mantoda HSEs görünürdeki aşırı açıklamak olmadığını düşündürmektedir tarif edilmiştir . Gelecekteki iş 2 GPa deneylerde gösterilen SEÇ bölümleme davranışı yüksek P ve T devam ederse onaylamak kalır. Bu test gerektiririçerme baskılayıcı protokolleri yüksek P çok örs deney tasarımı burada özetlenen.

Karasal toplanma ay oluşumu 1,2 sorumlu düşündüm dev darbe aşamasında sonlanan bir chondritic toplu bileşimi ile gezegenciklere arasındaki çarpışmaların bir dizi olarak meydana geldiği düşünülmektedir. Darbelere tarafından proto-toprak ve kısa ömürlü izotopların çürüme ısıtma geniş erimesini ve magma okyanus veya Fe zengin metalik erir alçalma olabilir yoğun geçtiği göletlerin oluşmasına neden yeterli oldu. Magma okyanus tabanına ulaşarak üzerine, metalik erir bir reolojik sınır, durak karşılaşırsanız, ve sonunda büyüyen çekirdek 2 katı manto ile azalan önce son metal silikat denge tabi. Metalik eriyik olarak metal ve silikat fazlar arasındaki başka kimyasal haberleşme mantonun katı kısmı, büyüklüğü ve metal diyapirlerin 3 hızlı iniş engellemediği düşünülmektedir erişir. Metalik çekirdek ve silikat mant içine Dünya&#39;nın bu birincil farklılaşması6 - le hem jeofizik ve jeokimyasal gözlemler 4 bugün ortaya çıkar. Bir magma okyanus dibinde metal silikat denge için makul şartlar elde etmek için bu gözlemleri yorumlama Ancak, deney sonuçlarının uygun bir veritabanı gerektirir. İlkel üst manto (PUM) çekirdek oluşumunun silikat kalıntısı içeren bir varsayımsal rezervuar ve onun kompozisyonu bu nedenle metal silikat denge sırasında eser elementlerin davranışı yansıtmaktadır. İz elementler kendi jeokimyasal yakınlık temelinde çekirdek ayrımı esnasında metal ve silikat erir arasında dağıtılır. Metal faz için bir elemanlar tercih büyüklüğü metal silikat bölünme katsayısı ile tanımlanabilir <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq1.jpg" /><img alt="Denklem 2" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq2.jpg" /> (1) Nerede <img alt="Denklem 3" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq3.jpg" /> ve <img alt="Denklem 4" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq4.jpg" /> Metal ve silikat, sırasıyla erime elemanının konsantrasyonunu ifade etmektedir. Değerleri <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> &gt; 1 siderophile (demir-seven) davranış ve bu &lt;1 litofil elementler (kaya seven) davranışı gösterir. Elemanları siderophile PUM kompozisyon gösterisi tahminleri genellikle Dünya&#39;nın toplu kompozisyon 6,8 temsilcisi olarak kabul Chondrites 7, göreli olarak tükenmiş. Bu tükenmesi çekirdek tarafından siderophile elemanlarının haciz nedeniyle ve refrakter elemanları kendi büyüklüğü doğrudan değerlerini yansıtmalıdır <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> . Laboratuvar deneyleri, bu nedenle değerlerini belirlemek için aramak <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> Bir ra üzerindebasınç (P), sıcaklık (T) ve oksijen fugasitesi (f O 2) magma okyanus tabanı metal ayrımı ile ilgili olan koşulların NGE. T - - Bu deneylerin sonuçları, o zaman P bölgelerini tanımlamak için kullanılabilir F O birden siderophile elemanlarının PUM bolluk ile uyumlu olan 2 alanı (örneğin, 9-11). yüksek basınç ve magma okyanus senaryoya uygun sıcaklıklar bir piston-silindir veya çok örs basın kullanılarak laboratuvarda yeniden olabilir. piston-silindir aparatı, orta basınç altında (~ 2 GPa) ve yüksek sıcaklık (~ 2573 K) koşulları erişim sağlar, ancak büyük örnek hacimleri ve kolay bir şekilde kullanılmak üzere, kapsül, çeşitli malzemeleri sağlar. hızlı bir soğutma hızı, aynı zamanda bu şekilde çalışma ürünlerin yapı yorumlanmasını kolaylaştırmak bir cam silikat eriyen bileşimlerin bir dizi su verme izin verir.Çok örs cihaz genellikle küçük örnek hacimleri istihdam ancak uygun montaj tasarımları ile baskıları için ~ 27 GPa ve ~ 3.000 K. sıcaklıkları bu yöntemlerin kullanılması orta çoğu için bölümleme verilerini izin ve hafif elementler olmak siderophile vardır elde edebilirsiniz T koşulları - P geniş bir ürün yelpazesi üzerinde toplandı. Bu verilere dayanarak, PVM bileşimin tahminler kesin değerler modele bağlı olmasına rağmen metal silikat denge, sırasıyla, ~ fazla ortalama basınç ve sıcaklık koşulları altında 29 GPa ve 3000 K meydana göstermektedir. (Örneğin, V, Cr,) 2, birlikte mevcut olan demir ve wüstite dayattığı aşağıda ~ 4-2 log birimi toplanmanın boyunca gelişmeye düşünülmektedir fO (bazı redoks duyarlı elemanların PUM bolluk FeO ortaya koymak üzere ) eşdeğeri PT koşullarında (demir-wüstite tampon) 12. Her ne kadar m PUM bolluğuHerhangi siderophile elemanları derin magma okyanus dibinde metal silikat denge ile açıklanabilir, bu durumun aynı zamanda en çok siderophile elemanlar (HSEs) için geçerli olup olmadığını değerlendirmek zor olduğu kanıtlanmıştır. Alçak basınç (P ~ 0.1 MPa) ve sıcaklık (T &lt;1,673 K) deneylerle gösterilen demir-metal için HSEs aşırı afinite silikat dünya kuvvetle bu unsurları tükenmiş olması gerektiğini göstermektedir. PUM HSE içeriğine tahminleri Bununla birlikte, (Şekil 1), kondrite yalnızca orta derecede bir tükenme göreli göstermektedir. Belirgin SEÇ aşırı Yaygın oturtulması çözüm Toprak çekirdek oluşumu 13 sonra chondritic malzemenin geç birikimini deneyimli olmasıdır. Bu geç • eklenir malzeme PUM ile karıştırılır ve SEÇ konsantrasyonları yükselmiş ancak daha bol unsurları üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye sahip olurdu. Seçenek olarak ise, bu HSEs son derece siderophile doğası düşük basınç ile gösterilen ileri sürülmüştür </em&gt; - T deneyleri çekirdek oluşumu 14,15 sırasında mevcut yüksek YT şartlarına kalıcı değil. Bu hipotezi test etmek için, deneyler, uygun koşullarda HSEs çözünürlüğünün ve metal silikat ayırımını saptamak üzere gerçekleştirilmelidir. Ancak birçok önceki çalışmalarda söndürüldü çalışma ürünlerin silikat bölümünün kirlenmesi, çalışma ürün analizi komplike ve metal ve silikat ergiyiklerin arasındaki HSEs için de geçerlidir bölüm katsayıları gizlenmiş etti. HSEs doğasına uygun konsantrasyon düzeylerinde mevcut bölümleme deneylerde, Fe-metal, bu elemanların uç tercih silikat eriyik kendi ölçüm önler. Bu sorunu aşmak için, çözünürlük ölçümleri ilgi ve değerleri HSE hangi silikat eriyik doymuş çekilmiş <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/52725/52725eq5.jpg" /> Borisov ve arkadaşları formalizmini kullanılarak hesaplanırark. 16. Indirgeyici koşullar gerçekleştirilmiştir SEÇ çözünürlük deneylerden Söndürülmüş silikat çalışma ürünleri, bununla birlikte, genellikle dağınık SEÇ ± Fe kirlenme kanıt görüntüler 17 inklüzyonlarını azaltır. Düşük f O bu kapanım yakın ubiquity rağmen Pt, Ir, Os, Re ve Ru içeren 2 deneyler (örneğin, 18-27), bunların dokusal sunum çalışmalar arasında önemli değişkenlik vardır; örnek 22 ve 26 başvuran için karşılaştırın. Bu inklüzyonlar bir deney 28 çalıştırma koşullarında stabil fazlı olan oluşturabilen olduğu gösterilmiş olmakla birlikte, Örnek söndürülür gibi bu inklüzyonların oluşumunu engellemez. Kapanım kökeni çevreleyen belirsizlik analitik sonuçların tedavisi zorlaştırır ve azaltılmış silikat erir içinde HSEs gerçek çözünürlüğü üzerinde belirsizliğe yol açtı. Kaynaştırma serbest çalışma ürünler değerlendirmek için gerekli olanhangi çalışmalar doğru çözünmüş HSE konsantrasyonlarını veren analitik bir yaklaşım benimsemiştir. 31 - indirgeyici koşullar metal-kapanım oluşumunu bastırmada kayda değer bir ilerleme şimdi örnek tasarım başlangıç ​​malzemeleri 29 Au veya Si ya da eklenmesi ile daha önceki çalışmalardan elde edilen tadil edilmiş olan bir piston-silindir düzeneği, kullanan deneylerde gösterilmiştir. Başlangıç ​​malzemelere Au veya element Si ilavesi sırasıyla deney numune geometrisi ya da f O 2 evrimi değiştirir. Bu yöntemler in difüzyon numune redüksiyon karşısında SEÇ zamanlamasının değiştirilmesiyle metal dahil oluşumunu bastırmak için tasarlanmıştır, ve Bennett ve ark., 31 tartışılmıştır. Böyle mekanik destekli dengeleme ve santrifüj piston-silindir olarak kapanım, silikat eriyiği temizlemek için önceki bazı girişimleri aksine, mevcut protokol uzman appar olmadan uygulanabilirATUS ve yüksek PT deneyler için de uygundur. Burada ayrıntılı olarak tarif edilen yüksek sıcaklıkta (&gt; 1873 K), 2 GPa ve benzer bir f, O 2 silikat eriyik Re, Os, ir, Ru, Pt ve Au çözünürlüğünü belirlemek için bir piston-silindir-tabanlı bir yaklaşımdır demir wüstite tamponu. Benzer bir deneysel tasarım uygulaması da, gerekli faz ilişkilerini sağlayan özelliklere ıslatma, diğer basınçta SEÇ deneylerinde başarılı ispat edebilir ve kinetik ilişkiler seçilen koşullara devam etmektedir. Ancak mevcut veriler, bizim örnek tasarımı derin magma okyanus gelen baskılara başarılı olup olmayacağını tahmin etmek yeterli değildir. Ayrıca özetlenen orta ve hafif siderophile elemanı (MSE ve SSE sırasıyla) çok örs cihaz kullanarak bölümleme belirlemek için kullanılan genel bir yaklaşımdır. Yüksek basınç HSEs için eklenmesi ücretsiz veri kümesi Uzatma benzer multi-örs yöntemleri kullanılması muhtemeldir. Giysieter, bu prosedürler çekirdek ayrışma koşulları ve karasal accretion aşamaları hem sınırlamak için bir araç sağlar.

<table><tbody><tr><td>G10 Epoxy/Fiberglass Sheet</td><td>Accurate plastics, Inc.</td><td>GEES.020N.3648</td><td></td></tr><tr><td>Powdered starting materials- -Oxides, metals, carbonates</td><td>Alfa Aesar</td><td>Specific to desired experiment</td><td></td></tr><tr><td>Castable 2-part MgO ceramic</td><td>Aremco</td><td>Ceramcast - 584</td><td></td></tr><tr><td>PTFE Dry Lubricant</td><td>Camie-Campbell</td><td>2000 TFE-Coat</td><td></td></tr><tr><td>Graphite resistance heaters</td><td>Carbone of America (Now owned by Mersen USA)</td><td>Custom Order</td><td></td></tr><tr><td>Barium Carbonate</td><td>Chemical Products Corporation</td><td>Custom Order</td><td>Calcined free-flowing (CFF) grade</td></tr><tr><td>C-Type Thermocouple Wire (W26%Re, W5%Re)</td><td>Concept Alloys</td><td></td><td>~0.25 mm diameter is suitable for most experiments</td></tr><tr><td>Zirconia Cement</td><td>Cotronics; Resbond 940 2-part cement</td><td></td><td>Use 100 parts powder for every 25 to 28 parts activator</td></tr><tr><td>Polyvinyl Acetate (PVA) Glue</td><td>e.g., Bostik</td><td></td><td>Often sold as &#039;white glue&#039;</td></tr><tr><td>Cyanoacrylate Glue</td><td>e.g., Krazy Glue/Loctite</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Piston cylinder pressure vessel and WC piston</td><td>Hi-Quality Carbide Tooling Inc.</td><td>Custom Order</td><td></td></tr><tr><td>Silica Glass Tubing</td><td>Quartz Plus</td><td>Custom Order</td><td></td></tr><tr><td>Crushable ZrO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; tubes</td><td>Saint-Gobain</td><td>Custom Order</td><td></td></tr><tr><td>Crushable MgO rods and tubes</td><td>Saint-Gobain</td><td>Custom Order</td><td></td></tr><tr><td>WC cubes for multi-anvil experiments</td><td>Tungaloy</td><td>Custom Order</td><td>Cubes are grade-F WC alloy</td></tr><tr><td>Single hole alumina tube for multi-anvil thermocouple</td><td>Vesuvius McDanel</td><td>AXS071730-04-06</td><td></td></tr><tr><td>4-hole alumina tube for piston cylinder thermocouple</td><td>Vesuvius McDanel</td><td>AXF1159--07-12&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>4-hole alumina tube for multi-anvil thermocouple</td><td>Vesuvius McDanel</td><td>AXF1159-04-06</td><td></td></tr></tbody></table>

metal-silicate partitioning at high pressure and temperature: experimental methods and a protocol to suppress highly siderophile element inclusions

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from their extraction to the core during terrestrial accretion. Experiments to investigate the partitioning of these elements between metal and silicate melts suggest that the PUM composition is best matched if metal-silicate equilibrium occurred at high pressures and temperatures, in a deep magma ocean environment. The behavior of the most highly siderophile elements (HSEs) during this process however, has remained enigmatic. Silicate run-products from HSE solubility experiments are commonly contaminated by dispersed metal inclusions that hinder the measurement of element concentrations in the melt. The resulting uncertainty over the true solubility and metal-silicate partitioning of these elements has made it difficult to predict their expected depletion in PUM. Recently, several studies have employed changes to the experimental design used for high pressure and temperature solubility experiments in order to suppress the formation of metal inclusions. The addition of Au (Re, Os, Ir, Ru experiments) or elemental Si (Pt experiments) to the sample acts to alter either the geometry or rate of sample reduction respectively, in order to avoid transient metal oversaturation of the silicate melt. This contribution outlines procedures for using the piston-cylinder and multi-anvil apparatus to conduct solubility and metal-silicate partitioning experiments respectively. A protocol is also described for the synthesis of uncontaminated run-products from HSE solubility experiments in which the oxygen fugacity is similar to that during terrestrial core-formation. Time-resolved LA-ICP-MS spectra are presented as evidence for the absence of metal-inclusions in run-products from earlier studies, and also confirm that the technique may be extended to investigate Ru. Examples are also given of how these data may be applied.

silikat düşük f O 2 erir deneyler aşağıdaki örnekler ve tartışma odağı SEÇ çözünürlüğünü belirlemek için. T - - Çok örs deneylerden elde MSE ve SSE bölümleme veri P sınırlamak için nasıl kullanılabileceğini kapsamlı örnekler için f O çekirdek metal ayrıştırma 2 koşulları, okuyucu başvuruları 9 anılır -. 11 Şekil 7B-D geri görüntüler Tipik deneysel çalışma ürünlerden dağınık elektron görüntüler. Au ihtiva eden deneylerde, silikat eriyik arasındaki ıslatma özellikleri, Au erir ve bir katı SEÇ (Re, Os, ir, Ru) Örnek geometrisi dikte silikat eriyik ve katı SEÇ arasındaki fiziksel ayırma neden olur. Deneyler Pt araştırmak için, PtIr alaşımlı silikat eriyik ile doğrudan temas halinde kalır. Deneyin sonunda, fırının gücünü Kesme s hızla numune soğutma ve su verme sağlarilicate eritin. Run-ürünler, bu nedenle 1 veya 2 alaşımlı aşamalarını içermektedir (SEÇ-zengin ± zengin Au) ya da silikat cam (Tablo 1 bazalt bileşiminde sağlayan kullanılır). Düşük F O 2 SEÇ çözünürlük deneylerinde silikat cam kontaminasyonu en kolay LA ICPMS spektrumları çözüldü zaman içinde heterojenite varlığı ile tanımlanır. Bu heterojenite eklenmesi taşıyan eklenmesi içermeyen camdan 17 karşı. Şekil 8A istihdam etmedi Pt çözünürlük deney için zamana bağımlı spektrum görüntüler değişen oranlarda ablasyonu sonucu &#39;doruklarına&#39; ve spektrumları &#39;olukları&#39; olarak tezahür yöntemler, metal inklüzyonların oluşumunu önlemek için. Karşılaştırma için, 8B-F görüntüleme süresi çözülmüş yukarıdaki protokolde belirtilen teknikler kullanılarak sentezlenen silikat run-ürünler için spektrumu tipik Rakamlar. spektrumlan BF indica homojenliğites deneysel çalışma ürünlerin silikat kısmında dağılmış SEÇ kapanım olmaması. Taramalı elektron mikroskopisi işlemiyle silikat cam Denetim bir kirlenmeye eksikliği destekleyen silikat çalışma ürün görünür metal-kapanım yokluğunu teyit etmektedir. . 31 Şekil 8F, yukarıda tarif edilen Au-ilaveli tekniği kullanılarak 2273 K ve 2 GPa gerçekleştirilen bir Ru çözünürlük deneyi ile ilgili olduğu - Şekil 8A-E görüntülenen spektrumları 29 Önceki çalışmalarda bir parçası olarak sentezlenmiş çalışma ürünleri bulunmaktadır. Bu spektrum homojenliği, bu yaklaşım aynı zamanda benzer şekilde (~ IW + 2.5) 24 indirgeme koşulları gerçekleştirilen daha önceki Ru çözünürlük deneylerde bulunan metal-kapanım oluşumunu önlemek başarılı olduğunu göstermektedir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/52725/52725fig1.jpg" /> Şekil 1. iştigalFischer-Godde et al, PVM bileşimi için tahmin edilen ilk üst manto (PVM) bileşimi ve düşük basınç ve sıcaklıkta çözünürlük deneylerin sonuçları tarafından tahmin edilen bu. Veri arasındaki Rison. 7. HSE için Partition katsayıları 27 ile Fe-free deneyler 0.1 MPa, 1573-1673 K ve IW-2 (Re), 44 (Os), 18 (ir), 45 (Ru), 16 (Pd), 46 at (Au), 21 (Pt ve Rh). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig2.jpg" /> Şekil 2. Düzenleme soğuk pres metalik tozlar için kullanılan. Boş (ya da sap) başlangıçta tezgah kenarına bantlanmış alt matkap silis cam t içine tozların kolay yükleme izinube. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig3.jpg" /> Şekil 3. (A), piston-silindir düzeneğinin ayrıntılı kesiti kez basınçlı kabın içine yerleştirilir. Tutarlı sonuçlar için, direnç fırını içindeki bileşenler arasındaki boşluk nominal değerleri 38 0.025 mm dahilinde olmalıdır. Baco 3 hücreleri ~ olan, nominal iç ve dış çapları 0.13 mm olmalıdır. Hücre iç çapı 7.9 mm Bu referansta çizimlerden modifiye edilmelidir, ancak, uygun bir kalıbın oluşumu için detaylar, 47 bulunabilir. Piston silindir numune grubunu oluşturmak için (B) Prosedür. Ya siyanoakrilat yapıştırıcı ya da ev çimento suitab olanle ~ 10 mg uygulanmalıdır fazla, ancak, Baco 3 kovanın grafit uç fişini güvenceye alın. (C) Toronto Üniversitesi&#39;nde yapılan bir piston silindir pres. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig4.jpg" /> Şekil 4. (A) 11 mm&#39;lik TEL WC küp ile kullanım için müsait çok-örs montaj kesiti. belirtildiği gibi telin eksenine dik-ve aşağı hem görüldüğü gibi figürün üst kısmı, termokupl silah octahedron çıkmak nasıl göstermek için çizilir. (B) conta yüzgeçleri ile döküm oktahedronun üstten görünümü. Termokupl silah oluklar kırmızı işaretli alanlara kesilmelidir. Not iç magnezyum kol ve 4 delikli alüminyumoluklar kesilir zaman yerinde olmamalıdır Şekilde gösterilen tüp. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig5.jpg" /> Şekil monte oktahedronun etrafında WC küp 5. (A) düzenlenmesi. (B) 1. kademe örs alt kümesi ve tutucu halkası içinde kendi aranjman. (C) yerine 1-kademe örs üst kümesi 1&#39;den basınç modülü içine yerleştirilen tamamlanmış deney. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig6.jpg" /> <strong&gt; Şekil aşama 3.2.10 açıklanan mylar tabakanın 6. Boyutları. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig7.jpg" /> Şekil 7. (A) Deneysel çalışma ürünü epoksi, daha sonra zemin ve cilalı monte. (B) ve (C) Si-ek (B) ve Au-ilaveli (C), sırasıyla, Pt ve Ru çözünürlüğünü belirlemek için de deneyler için metinde tarif edilen teknikler kullanılarak deneyler deneysel çalışma ürünlerin elektron görüntüleri saçılan geri döndü. Görüntü (B) Elsevier izniyle, 31 yeniden basıldı edilir. (D) (C) kırmızı belirtilen alanın büyütülmüş bir görünüşüdür AuRu boncuk ayrıntılı göstermek için<html> ve metal silikat arayüzü. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig8.jpg" /> Şekil 8. (A), metal kapanım oluşumunu bastırmak için tedbirler istihdam etmedi düşük f O 2 Pt-çözünürlük deneyden YG-ICP-MS spektrumları Zaman çözüldü. (BF) Tipik zaman çözümlü 30 Re, Ru, Pt 31 için deneyler YG-ICP-MS spektrumları, metinde belirtilen prosedür kullanılarak gerçekleştirilmiştir O ve Ir 29. Gösterilen tüm veriler 2273 K ve 2 GPa yapılan deneyler vardır. Her şekilde dikey kesikli çizgi arka plan edinim bölgeden ablasyon bölgesini ayırır.g &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 9," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig9.jpg" /> Şekil 9. Brenan ve McDonough 29 tarafından gerçekleştirilen deneyler için T D Met / SIL değişim (Os, ir, Au), Bennett ve Brenan 30 (Re, Au) ve prosedürler kullanılarak Bennett ve ark. 31 (Pt) &#39;de tarif İşte. Tüm veriler 2 GPa yapılan deneylerden vardır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 10," src="/files/ftp_upload/52725/52725fig10.jpg" /> Şekil 10. F O &lt;bir fonksiyonu olarak 2,273 K bazalt eriyikte iridyum çözünürlük ve 2 GPademir-wüstite (IW) tampona alt&gt; 2 akraba. Veri Brenan &amp; McDonough 29 vardır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52725/52725fig10large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><colgroup><col span="2" /><col span="2" /></colgroup><tbody><tr><td></td><td colspan="2"> Dekarbonasyon önce </td><td></td><td colspan="2"> Dekarbonasyon sonra </td></tr><tr><td></td><td> ağırlıkça% Oksitler / karbonatlar; Fe2 + Başlangıç ​​Bileşimi </td><td> ağırlıkça% Oksitler / karbonatlar; Fe2 + Başlangıç ​​Bileşimi </td><td></td><td> % Oksit ağırlıkça; Fe2 + Başlangıç ​​Bileşimi </td><td> % Oksit ağırlıkça; Fe3 + Başlangıç ​​Bileşimi </td></tr><tr><td> SiO 2 </td><td> 47.92 </td><td> 47.40 </td><td> SiO 2 </td><td> 51.87 </td><td> 51,26 </td></tr><tr><td> Al 2 O 3 </td><td> 9.91 </td><td> 9.80 </td><td> Al 2 O 3 </td><td> 10.73 </td><td> 10.60 </td></tr><tr><td> CaCO 3 </td><td> 16.20 </td><td> 16.02 </td><td> CaO </td><td> 9.83 </td><td> 9.71 </td></tr><tr><td> MgO </td><td> 14.58 </td><td> 14.42 </td><td> MgO </td><td> 15.79 </td><td> 15.60 </td></tr><tr><td> FeO </td><td> 9.84 </td><td> - </td><td> FeO </td><td> 10.66 </td><td> - </td></tr><tr><td> Fe 2 O 3 </td><td> - </td><td> 10.82 </td><td> Fe 2 O 3 </td><td> - </td><td> 11.71 </td></tr><tr><td> MnO </td><td> 0.06 </td><td> 0.06 </td><td> MnO </td><td> 0.07 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> Na 2 CO 3 </td><td> 1.20 </td><td> 1.19 </td><td> Na 2 O </td><td> 0.76</td><td> 0.75 </td></tr><tr><td> Nio </td><td> 0.28 </td><td> 0.27 </td><td> Nio </td><td> 0.30 </td><td> 0.30 </td></tr></tbody></table> Tablo 1.

Watch this Scientific Journal Video about Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions at JoVE.co

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

Deneysel Yöntemlerle ve yüksek Siderophile Eleman kapsama alınan terimler bastır için Protokolün: Yüksek Basınç ve Sıcaklık metal-silikat bölümleme

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

metal-silicate-partitioning-at-high-pressure-temperature-experimental

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Chemical Equilibrium

SCIENTISTS IN ACTION

12.4K Görüntüleme.  University of Toronto. We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

Video: Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

CO Faz Dengeleri Ölçümleri için yüksek basınçlı Safir Hücre<sub&gt; 2</sub&gt; / / Organik Su Sistemleri

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Kimya

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Aşırı basınç ve Sıcaklıklarda sentezi ve mikrodifraksiyon

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Mühendislik

Simulation of the Planetary Interior Differentiation Processes in the Laboratory

A planetary interior is under high-pressure and high-temperature conditions and it has a layered structure. There are two important processes that led to that layered structure, (1) percolation of liquid metal in a solid silicate matrix by planet differentiation, and (2) inner core crystallization by subsequent planet cooling. We conduct high-pressure and high-temperature experiments to simulate both processes in the laboratory. Formation of percolative planetary core depends on the efficiency of melt percolation, which is controlled by the dihedral (wetting) angle. The percolation simulation includes heating the sample at high pressure to a target temperature at which iron-sulfur alloy is molten while the silicate remains solid, and then determining the true dihedral angle to evaluate the style of liquid migration in a crystalline matrix by 3D visualization. The 3D volume rendering is achieved by slicing the recovered sample with a focused ion beam (FIB) and taking SEM image of each slice with a FIB/SEM crossbeam instrument. The second set of experiments is designed to understand the inner core crystallization and element distribution between the liquid outer core and solid inner core by determining the melting temperature and element partitioning at high pressure. The melting experiments are conducted in the multi-anvil apparatus up to 27 GPa and extended to higher pressure in the diamond-anvil cell with laser-heating. We have developed techniques to recover small heated samples by precision FIB milling and obtain high-resolution images of the laser-heated spot that show melting texture at high pressure. By analyzing the chemical compositions of the coexisting liquid and solid phases, we precisely determine the liquidus curve, providing necessary data to understand the inner core crystallization process.

The high-pressure and high-temperature experiments described here mimic planet interior differentiation processes. The processes are visualized and better understood by high-resolution 3D imaging and quantitative chemical analysis.

Planetary İçişleri Farklılaşma Simülasyon Laboratuvarı Süreçleri

A planetary interior is under high-pressure and high-temperature conditions and it has a layered structure. There are two important processes that led to ...

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their electronic properties. The application of high pressure enables one to synthesize new materials, but the response of known materials to high pressure is a very useful tool for studying their electronic structure and developing theories. For example, high-pressure synthesis might be at the origin of life; and understanding the behavior of small molecules under extreme pressure will tell us more about fundamental processes in our universe. It is no wonder that there has always been great interest in having NMR available at high pressures. Unfortunately, the desired pressures are often well into the Giga-Pascal (GPa) range and require special anvil cell devices where only very small, secluded volumes are available. This has restricted the use of NMR almost entirely in the past, and only recently, a new approach to high-sensitivity GPa NMR, which has a resonating micro-coil inside the sample chamber, was put forward. This approach enables us to achieve high sensitivity with experiments that bring the power of NMR to Giga-Pascal pressure condensed matter research. First applications, the detection of a topological electronic transition in ordinary aluminum metal and the closing of the pseudo-gap in high-temperature superconductivity, show the power of such an approach. Meanwhile, the range of achievable pressures was increased tremendously with a new generation of anvil cells (up to 10.1 GPa), that fit standard-bore NMR magnets. This approach might become a new, important tool for the investigation of many condensed matter systems, in chemistry, geochemistry, and in physics, since we can now watch structural changes with the eyes of a very versatile probe.

Nuclear magnetic resonance is one of the most important spectroscopic tools. Here, the development of a new approach under high pressure, currently up to 10.1 GPa, is presented. This opens a new window into condensed matter physics and chemistry, where high-pressure research is of great importance.

Aşırı Koşullarında Yoğun Madde Elektronik ve Kimyasal Özellikler Probing için Yeni Bir Aracı: Giga Pascal Baskılara yüksek-Hassasiyet Nükleer Manyetik Rezonans

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

Yeni nesil Griggs tipi cihazlar kullanarak yüksek basınç, yüksek sıcaklık deformasyon deney

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Çevre

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) coupled with synchrotron X-radiation. A cube-shaped sample assembly is prepared and compressed, at room temperature, by a set of four X-ray transparent sintered diamond anvils and two tungsten carbide anvils, in the lateral and the vertical planes, respectively. All six anvils are housed within a 250-ton hydraulic press and driven inward simultaneously by two wedged guide blocks. A horizontal energy dispersive X-ray beam is projected through and diffracted by the sample assembly. The beam is commonly in the mode of either white or monochromatic X-ray. In the case of white X-ray, the diffracted X-rays are detected by a solid-state detector array that collects the resulting energy dispersive diffraction pattern. In the case of monochromatic X-ray, the diffracted pattern is recorded using a two-dimensional (2-D) detector, such as an imaging plate or a charge-coupled device (CCD) detector. The 2-D diffraction patterns are analyzed to derive lattice spacings. The elastic strains of the sample are derived from the atomic lattice spacing within grains. The stress is then calculated using the predetermined elastic modulus and the elastic strain. Furthermore, the stress distribution in two-dimensions allow for understanding how stress is distributed in different orientations. In addition, a scintillator in the X-ray path yields a visible light image of the sample environment, which allows for the precise measurement of sample length changes during the experiment, yielding a direct measurement of volume strain on the sample. This type of experiment can quantify the stress distribution within geomaterials, which can ultimately shed light on the mechanism responsible for compaction. Such knowledge has the potential to significantly improve our understanding of key processes in rock mechanics, geotechnical engineering, mineral physics, and material science applications where compactive processes are important.

We report detailed procedures for compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus coupled with synchrotron X-radiation. Such experiments allow quantification of the stress distribution within samples, that ultimately sheds light on compaction processes in geomaterials.

Kayalar ve Mineral toplamları x-ışını kırınım sinkrotron tabanlı kullanarak soğuk sıkıştırma sırasında stres dağıtım

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. The DAC program at 13-BM-C is part of the Partnership for Extreme Xtallography (PX^2) project. BX-90 type DACs with conical-type diamond anvils and backing plates are recommended for these experiments. The sample chamber should be loaded with noble gas to maintain a hydrostatic pressure environment. The sample is aligned to the rotation center of the diffraction goniometer. The MARCCD area detector is calibrated with a powder diffraction pattern from LaB6. The sample diffraction peaks are analyzed with the ATREX software program, and are then indexed with the RSV software program. RSV is used to refine the UB matrix of the single crystal, and with this information and the peak prediction function, more diffraction peaks can be located. Representative single crystal diffraction data from an omphacite (Ca0.51Na0.48)(Mg0.44Al0.44Fe2+0.14Fe3+0.02)Si2O6 sample were collected. Analysis of the data gave a monoclinic lattice with P2/n space group at 0.35 GPa, and the lattice parameters were found to be: a = 9.496 &#177;0.006 &#197;, b = 8.761 &#177;0.004 &#197;, c = 5.248 &#177;0.001 &#197;, &#946; = 105.06 &#177;0.03&#186;, &#945; = &#947; = 90&#186;.

In this report, we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. ATREX and RSV programs are used to analyze the data.

Yüksek Basınçlı PX de Tek Kristal Kırınımı ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

Organik hidrotermal dönüşümler üzerinde Mineral etkileri eğitimi için deneysel bir protokol

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging obstacles, including the special environmental conditions that need to be replicated, e.g., high pressure and in some cases acidic solutions. The former requires an experimental setup suitable for pressurization up to 100 bar, while the latter demands a fluid container with high chemical resistance against corrosion and unwanted chemical reactions with the container wall. To meet these conditions for an application in the field of in situ biomining, a special flexible gold-titanium reaction cell inside a rocking high-pressure reactor was used in this study. The described system allowed simulation of in situ biomining through sulfur-driven microbial iron reduction in an anoxic, pressure-controlled, highly chemically inert experimental environment. The flexible gold-titanium reaction cell can accommodate up to 100 mL of sample solution, which can be sampled at any given time point while the system maintains the desired pressure. Experiments can be performed on timescales ranging from hours to months. Assembling the high-pressure reactor system is fairly time consuming. Nevertheless, when complex and challenging (microbiological) processes occurring in the earth&#39;s deep subsurface in chemically aggressive fluids have to be investigated in the laboratory, the advantages of this system outweigh the disadvantages. The results found that even at high pressure the microbial consortium is active, but at significantly lower metabolic rates.

This protocol describes microbial experiments under elevated pressures to study in situ biomining processes. The experimental approach employs a rocking high-pressure reactor equipped with a gold-titanium reaction cell containing a microbial culture in an acidic, iron-rich medium.

Yüzey Altı Biyomining Bağlamında Basınca Bağımlı Mikrobiyal Aktiviteyi Simüle Etmek Için Esnek Altın-Titanyum Reaksiyon Hücrelerinin Kullanılması

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging ...

Analyzing Melts and Fluids from Ab Initio Molecular Dynamics Simulations with the UMD Package

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package is best suited for applications on natural systems, like silicate and oxide melts, water-based fluids, and various supercritical fluids. The package is a collection of Python scripts that include two major libraries dealing with file formats and with crystallography. All the scripts are run at the command line. We propose a simplified format to store the atomic trajectories and relevant thermodynamic information of the simulations, which is saved in UMD files, standing for Universal Molecular Dynamics. The UMD package allows the computation of a series of structural, transport and thermodynamic properties. Starting with the pair-distribution function it defines bond lengths, builds an interatomic connectivity matrix, and eventually determines the chemical speciation. Determining the lifetime of the chemical species allows running a full statistical analysis. Then dedicated scripts compute the mean-square displacements for the atoms as well as for the chemical species. The implemented self-correlation analysis of the atomic velocities yields the diffusion coefficients and the vibrational spectrum. The same analysis applied on the stresses yields the viscosity. The package is available via the GitHub website and via its own dedicated page of the ERC IMPACT project as open-access package.

Melts and fluids are ubiquitous vectors of mass transport in natural systems. We have developed an open-source package to analyze ab initio molecular-dynamics simulations of such systems. We compute structural (bonding, clusterization, chemical speciation), transport (diffusion, viscosity) and thermodynamic properties (vibrational spectrum).

AB Initio Moleküler Dinamik Simülasyonlarından Eriyik ve Sıvıların UMD Paketi ile Analizi

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package ...