Летючий вміст Землі, встановлений плавленням і випаровуванням

Пов’язані дані

Наявність даних

Автори заявляють, що всі дані, що підтверджують висновки цього дослідження, доступні в статті та її допоміжних та розширених файлах даних.

Анотація

Силікатна Земля сильно виснажена помірно леткими елементами (наприклад, Pb, Zn, In, луги) відносно хондритів CI, метеоритів, які за своїм складом найбільш нагадують Сонце 1. Якісно "тенденцію" виснаження можна пояснити збільшенням 10-20% багатого фітонцидами тіла до редукованого безлетучого протоЗемлі 2, 3 з подальшим частковим вилученням деяких елементів до ядра 1. Однак залишається кілька питань, зокрема надлишок In у силікатній Землі, що призводить до питань про джерела летких речовин Землі 4, 5. Тут ми розглянули процеси плавлення, які були присутніми на зростанні на Землі та тілах попередників, та провели експерименти з випаровуванням в умовах фіксованої температури та парціального тиску кисню. Ми виявили, що характер виснаження летких елементів у силікатній Землі узгоджується з частковим плавленням та випаровуванням, а не з простою акрецією багатого леткими речовинами хондритоподібного тіла. Ми стверджуємо, що плавлення та випаровування на тілах попередників і, можливо, під час гігантського місяцеутворюючого удару 6 - 8 було відповідальним за встановлення спостережуваних чисел помірно летких елементів на Землі.

Як передбачалося з попереднього обговорення, силікатна Земля сильно виснажена помірно летючими елементами, такими як Pb, Tl, Zn, Sb, Bi та Ag, відносно сонячного складу, представленого хондритами CI. Рисунок 1 ілюструє ці виснаження на графіку концентрації елементів у силікатній Землі 1, нормалізованої до чисельності хондритів CI, нанесених на показник мінливості елементів. Останній, згідно загальної практики, корелює з температурою, при якій 50% елемента конденсується з газу сонячного складу 20. Для порівняння ми демонструємо характер виснаження CV вуглецевих хондритів 21, метеоритів, які також летюче виснажені по відношенню до хондритів CI і які ніколи не зазнавали планетних процесів плавлення та формування серцевини.

Концентрації в сипучій силікатній землі (BSE) помірно летких елементів нанесено на графік у порівнянні з їх температурою конденсації в газі складу Сонячної системи 16. Концентрації виражаються відносно концентрацій у метеоритах 1-го хондриту CI (нормоване до коефіцієнта концентрації Mg 1,0). Елементи, що вивчаються тут, показані в ключі. Відкриті квадрати відносяться до елементів, які конкретно не розглядаються нашим дослідженням. Відкриті кола стосуються всіх елементів у хондритах CV. Бари помилок - 1SD.

Для безпосереднього вимірювання втрат летких елементів на парову фазу була побудована одноатмосферна піч для змішування газу з перемішувальним апаратом (див. Методи та розширені дані). Цей пристрій змішував тигель силікатного розплаву 4,5 см 3 при температурі до 1700 ° C у повністю газонепроникному складі. Для контролю витрати кисню використовували проточні суміші CO/CO2. Тигель і механізм мішалки були виготовлені з високочистого нікелю, а продукти наприкінці експерименту гасили краплями на водяній бані. Силікатним вихідним матеріалом був природний базальт з хребта Рейк'янес, на південь від Ісландії, подрібнений і подрібнений і змішаний з мікроелементною сумішшю оксидних порошків, розроблений з отриманням концентрацій 300-500 мкг. Г −1 на елемент.

Експерименти з леткими втратами проводили при 1300 ° C та діапазоні значень log (fO2) від -7 до -13. Цей діапазон fO2 представляє значення від трохи нижче буфера Ni-NiO, характерного для сучасної мантії 25, до значення 2,3 логарифмічних одиниць нижче буфера Fe-FeO. Останнє значення відповідає випадку розплавленої перидотитової мантії в рівновазі з Fe і, отже, моделює умови під час формування серцевини.

Усі вироби представлені у вигляді маси однорідного чорного скла, що не містить помітних бульбашок газу.

Склади основних елементів продуктів визначали за допомогою скануючого електронного мікроскопа з енергетично-дисперсійним детектором (Розширена таблиця даних 1). Концентрації мікроелементів вимірювали за допомогою LA-ICP-MS (методи та розширена таблиця даних 2). Зразки перевіряли на однорідність за допомогою СЕМ із візуалізацією BSE, рентгенівським картографуванням та повторним точковим аналізом за допомогою EDS. У всіх випадках основний елементний склад зразків виявився однорідним з точністю цих методів (

Повторний аналіз мікроелементів, проведений LA-ICP-MS, показав, що більшість елементів є однорідними до кращої, ніж точність одиничного плями, приблизно 5-10% RSD. При діапазоні високих концентрацій 400-500 мкг.г -1 варіація всередині плями становить менше 5% RSD для елементів Ag, Ga, In, Mo, Pb, Sn, W та Zn. Елементами в діапазоні 10-15% RSD є Bi, Cd, Cu, Ge, Sb та Tl. Не дивно, що найбільш збіднені зразки в кількості 1-10 мкг.г -1 демонструють більше варіацій у межах плями, а також більшу невизначеність для кожної точки. Найбільш мінливими елементами є Bi, Ge та Sb, з 25% RSD, потім Ag, Cd, Sn та Zn в діапазоні 10-15% RSD, решта - менше 10% RSD.

Протягом експерименту леткі елементи розподілялися в газову фазу і змивалися з печі постійним потоком газу CO/CO2. Для цих експериментів з леткими втратами поверхня розплаву постійно поповнюється механізмом перемішування, і дифузією елемента в розплаві можна знехтувати як кінетичний фактор.

Концентрації вибраних елементів у силікатних стаканах, нормалізовані до вихідних концентрацій, для часового ряду, виконаного при 1300 ° C та швидкості кисневого сполучення 10 -7 атм. Ця витрата кисню приблизно на 0,3 log одиниці нижче буфера Ni-NiO. Зверніть увагу, що порядок летючості становить Cd> Ag> Cu> In> Zn, що суттєво відрізняється від очікуваних відносних летючостей за температур конденсації, зображених на малюнку 1. Смужки помилок 1 SD.