Date asociate

Disponibilitatea datelor

Autorii declară că toate datele care susțin rezultatele acestui studiu sunt disponibile în lucrare și în fișierele sale de date extinse și de susținere.

Abstract

Pământul silicat este puternic epuizat în elemente moderat volatile (de exemplu, Pb, Zn, In, alcalii) în raport cu condritele CI, meteoriții care din punct de vedere compozițional seamănă cel mai mult cu Soarele 1. Calitativ, „tendința” de epuizare poate fi explicată prin acumularea a 10-20% a unui corp bogat în volatil la un protoEarth 2, 3 redus fără volatil, urmat de extracția parțială a unor elemente către miezul 1. Cu toate acestea, rămân mai multe probleme, în special supraabundența pământului In in silicat, care duce la întrebări despre sursele volatile ale Pământului 4, 5. Aici am examinat procesele de topire care au participat la acumulare pe Pământ și corpuri precursoare și am efectuat experimente de vaporizare în condiții de temperatură fixă ​​și presiune parțială de oxigen. Constatăm că modelul de epuizare a elementelor volatile în Pământul silicat este în concordanță cu topirea și vaporizarea parțială, mai degrabă decât cu simpla acumulare a unui corp asemănător condritei bogate în volatil. Susținem că topirea și vaporizarea pe corpurile precursoare și, eventual, în timpul impactului gigant de formare a lunii 6 - 8 a fost responsabilă pentru stabilirea abundențelor observate de elemente moderat volatile pe Pământ.

După cum s-a anticipat din discuția anterioară, Pământul silicat este puternic epuizat în elemente moderat volatile, cum ar fi Pb, Tl, Zn, Sb, Bi și Ag în raport cu compoziția solară reprezentată de condrite CI. Figura 1 ilustrează aceste epuizări într-un grafic al concentrației elementelor din silicatul Pământ 1 normalizat la abundență în condrite CI reprezentate în funcție de o măsură a volatilității elementului. Acesta din urmă se presupune, urmând practica generală, că se corelează cu temperatura la care 50% din element ar fi condensat dintr-un gaz cu compoziție solară 20. Pentru comparație, prezentăm modelul de epuizare a conditelor carbonice CV 21, meteoriți care sunt, de asemenea, volatili-epuizați în raport cu condritele CI și care nu au suferit niciodată procese planetare de topire și formare a miezului.

volatil

Concentrațiile în Pământ de silicat în vrac (ESB) ale elementelor moderat volatile reprezentate în raport cu temperaturile lor de condensare dintr-un gaz cu compoziția sistemului solar 16. Concentrațiile sunt exprimate în raport cu concentrațiile în meteoritii condritelor CI 1 (normalizate la un raport de concentrație de Mg de 1,0). Elementele studiate aici sunt prezentate în cheie. Pătratele deschise se referă la elemente care nu sunt abordate în mod special de studiul nostru. Cercurile deschise se referă la toate elementele din condritele CV. Barele de eroare sunt 1SD.

Pentru a măsura în mod direct pierderea de elemente volatile în faza de vapori a fost construit un cuptor de amestecare cu o singură atmosferă cu aparat de agitare (a se vedea metodele și datele extinse). Acest dispozitiv a fost capabil să agite un creuzet de 4,5 cm 3 de silicat topit la temperaturi de până la 1700 ° C într-un ansamblu complet etanș la gaze. Amestecuri curgătoare de CO/CO2 au fost utilizate pentru a controla fugacitatea oxigenului. Creuzetul și mecanismul de agitare au fost realizate din nichel de înaltă puritate și produsele au fost stinse prin picurare într-o baie de apă la sfârșitul experimentului. Materialul de pornire silicat a fost un bazalt natural din creasta Reykjanes, la sud de Islanda, zdrobit și măcinat și amestecat cu un amestec de oligoelemente de pulberi de oxid conceput pentru a produce concentrații de 300-500µg.g −1 per element.

Experimentele de pierdere volatilă au fost efectuate la 1300 ° C și un interval de valori log (fO2) de la -7 la -13. Această gamă de fO2 reprezintă valori chiar de sub tamponul Ni-NiO, caracteristic mantei moderne 25 până la o valoare de 2,3 unități log sub tamponul Fe-FeO. Această din urmă valoare corespunde cazului mantei peridotitice topite în echilibru cu Fe și, prin urmare, simulează condițiile în timpul formării miezului.

Toate produsele prezentate ca o masă de sticlă neagră omogenă care nu conține bule de gaz observabile.

Compozițiile cu elemente majore ale produselor au fost determinate prin microscop electronic cu scanare cu detector de dispersie a energiei (Tabelul 1 de date extinse). Concentrațiile oligoelementelor au fost măsurate prin LA-ICP-MS (metode și tabelul 2 de date extinse). Probele au fost inspectate pentru omogenitate utilizând un SEM cu imagistica ESB, cartografiere cu raze X și analiză repetată la fața locului prin EDS. În toate cazurile, compoziția elementelor majore a probelor părea a fi omogenă cu precizia acestor tehnici (

Analiza repetată a oligoelementelor de către LA-ICP-MS a arătat că majoritatea elementelor sunt omogene până la o precizie mai bună decât un singur punct, aproximativ 5-10% RSD. La intervalul de concentrație ridicat de 400-500 .gg.g -1, variația intra-spot este mai mică de 5% RSD pentru elementele Ag, Ga, In, Mo, Pb, Sn, W și Zn. Aceste elemente în intervalul de 10-15% RSD sunt Bi, Cd, Cu, Ge, Sb și Tl. În mod surprinzător, eșantioanele cele mai epuizate la o abundență de 1-10 .gg.g -1 prezintă mai multe variații intra-spot, precum și o incertitudine mai mare pentru fiecare punct. Cele mai variabile elemente sunt Bi, Ge și Sb, cu 25% RSD, apoi Ag, Cd, Sn și Zn în intervalul 10-15% RSD, restul prezentând mai puțin de 10% RSD.

Pe durata experimentului, elementele volatile s-au partiționat în faza gazoasă și au fost spălate din cuptor prin fluxul constant de gaz CO/CO2. Pentru aceste experimente de pierdere volatilă, suprafața topiturii este completată continuu de mecanismul de agitare și difuzia elementului în topitură poate fi neglijată ca factor cinetic.

Concentrațiile elementelor selectate în sticle de silicat de produs, normalizate la concentrații inițiale, pentru o serie de timp efectuată la 1300 ° C și o fugacitate de oxigen de 10 -7 atm. Această fugacitate a oxigenului este de aproximativ 0,3 unități log sub tamponul Ni-NiO. Rețineți că ordinea volatilității este Cd> Ag> Cu> In> Zn, în contrast semnificativ cu volatilitățile relative anticipate de la temperaturile de condensare din Figura 1. Bare de eroare 1 SD.