Спускание вниз — это решение (проблемы образования ядра планеты)

Спускание вниз - это решение (проблемы образования ядра планеты)

Это открытие ставит под сомнение интерпретацию предыдущих экспериментов и моделирования, которые пытались понять, как металлы ведут себя при интенсивном нагревании и давлении, когда формируются планеты. Предыдущие результаты показали, что большие порции расплавленных металлов оставались захваченными в изолированных порах между зернами. Напротив, новое исследование предполагает, что как только эти изолированные поры становятся достаточно большими для соединения, расплавленный металл начинает течь, и большая часть его может просачиваться по границам зерен.

Этот процесс позволит металлу просачиваться сквозь мантию, накапливаться в центре и образовывать металлическое ядро, подобное железному ядру в центре нашей родной планеты.
«Мы говорим, что как только сеть плавления становится подключенной, она остается подключенной до тех пор, пока почти весь металл не окажется в ядре», — сказал соавтор Марк Хессе, доцент кафедры геологических наук Школы геолого-геофизических исследований штата Джексон. Наук, и член Института вычислительной техники и наук UT.
Исследование было опубликовано в декабре.

4 в Трудах Национальной академии наук. Работа была докторской диссертацией Сохейла Ганбарзаде, который получил докторскую степень.D. во время учебы на факультете нефтегазовой инженерии и геосистем UT (ныне факультет нефтяной и геосистемной инженерии Хильдебранда). В настоящее время он работает инженером-разработчиком в компании BP America.

Soheil консультировали Гессен и МаšПроданович, доцент кафедры Хильдебранда и соавтор.
Планеты и планетезимали (маленькие планеты и большие астероиды) образованы в основном из силикатных пород и металлов. Часть процесса формирования планеты включает в себя начальную массу материала, разделяющуюся на металлическое ядро ​​и силикатную оболочку, состоящую из мантии и коры. Чтобы теория перколяции формирования ядра работала, подавляющее большинство металла в планетном теле должно попасть в центр.

В этом исследовании Ганбарзаде разработал компьютерную модель для моделирования распределения расплавленного железа между зернами породы в виде увеличения или уменьшения пористости или доли расплава. Моделирование проводилось в Техасском вычислительном центре.

Исследователи обнаружили, что как только металл начинает течь, он может продолжать течь, даже если доля расплава значительно уменьшается. Это контрастирует с предыдущими моделями, которые показали, что как только металл начинает течь, требуется лишь небольшое падение объема расплава, чтобы перколяция прекратилась.

"Люди предположили, что вы отключаетесь при той же фракции плавления, при которой вы подключались изначально…и это оставит после себя значительное количество металла ", — сказал Гессе. «Мы обнаружили, что когда металлический расплав соединяется и когда он разъединяется, это не обязательно одно и то же."

Согласно компьютерной модели, только 1-2 процента исходного металла будут захвачены в силикатной мантии, когда перколяция прекратится, что согласуется с количеством металла в мантии Земли.
Исследователи указывают на расположение зерен породы, чтобы объяснить разницу в том, насколько хорошо связаны промежутки между зернами.

В предыдущей работе использовался геометрический узор из обычных одинаковых зерен, в то время как в этой работе использовалось моделирование с использованием нерегулярной геометрии зерен, которая, как считается, более точно отражает реальные условия. Геометрия была создана с использованием данных поликристаллического образца титана, сканированного с помощью рентгеновской микротомографии.
"Численная модель, которую Сохейл разработал в своей докторской.D. "Эта диссертация позволила впервые найти трехмерные сети расплавов любой геометрической сложности", — сказал Проданович. "Трехмерная модель является ключом к пониманию и количественной оценке того, как работает улавливание расплава."

Усилия окупились, потому что исследователи обнаружили, что геометрия сильно влияет на связность расплава. В зернах неправильной формы каналы расплава различаются по ширине, а самые большие остаются соединенными, даже когда большая часть металла стекает.

«Здесь мы сделали по-другому, чтобы добавить элемент любопытства, чтобы увидеть, что происходит, когда вы сливаете расплав из пористой, пластичной породы», — сказал Ганбарзаде.
Исследователи также сравнили свои результаты с металлической сеткой расплава, сохранившейся в анхондритовом метеорите, типе метеорита, который произошел от планетарного тела, которое разделилось на различимые слои.

Рентгеновские изображения метеорита, сделанные в рентгеновской компьютерной томографии высокого разрешения школы Джексона, показали распределение металла, сравнимое с рассчитанными сетками расплавов. Проданович сказал, что это сравнение показывает, что их моделирование отражает особенности, наблюдаемые в метеорите.

Исследование финансировалось программой Statoil Fellows Program в UT Austin и Национальным научным фондом.