février 3, 2023

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Le noyau interne de la Terre pourrait être enrichi en oxygène

L’oxygène et le fer sont les deux éléments les plus abondants sur Terre, et leurs composés sont des ingrédients essentiels à la formation des planètes. Alors que l’oxygène est répandu dans le manteau, sa présence dans le noyau interne solide est encore débattue.

Dirigé par le Dr Yang Sun des chercheurs Université de Colombie et le Dr Jin Liu de HPSTAR (Center for Advanced Research in High Pressure Science and Technology) ont découvert que les alliages Fe-O riches en fer sont stables à 300 GPa et à des températures allant jusqu’à 3000 K. Cet oxygène se trouve dans Noyau intérieur solidequi fournit des limitations majeures pour mieux comprendre le processus de formation et d’évolution Histoire du noyau terrestre.

Étant donné que le noyau interne est hors de portée humaine, nous ne pouvons que deviner sa densité et sa composition chimique à partir des signaux sismiques. tremblements de terre Produire. Bien que leur type et leur composition soient encore débattus, on pense maintenant que le noyau interne contient des composants photosynthétiques. Les données chimiques et géochimiques prédisent qu’elles incluent le soufre, le silicium, le carbone et l’hydrogène. Les calculs et les expériences ont également soutenu la découverte que sous des températures terrestres profondes et des pressions élevées, ces éléments se combinent avec du fer pur pour produire une variété d’alliages de fer.

Cependant, l’oxygène est généralement exclu du noyau interne car les alliages Fe – O avec des compositions riches en fer n’ont pas été trouvés dans les environnements de surface ou du manteau. Tous les oxydes de fer connus ont une concentration en oxygène supérieure ou égale à 50 % selon le pourcentage atomique. Bien que des tentatives aient été faites pour créer des composés d’oxyde de fer avec des compositions riches en fer, aucun de ces matériaux n’a encore été découvert. Le noyau de la Terre est-il « déficient en oxygène » ? Dans ce travail, de nombreux tests et calculs théoriques ont été effectués pour apporter une réponse à cette question.

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Du fer pur et de l’oxyde de fer ont été placés aux extrémités d’une enclume en diamant et cuits avec un faisceau laser à haute énergie à une température et une pression proches de Noyau de la Terre. Après de nombreux efforts, il a été découvert qu’au dessus de 220-260 GPa et 3000 K une réaction chimique se produit entre l’oxyde de fer et l’oxyde de fer. Selon les données XRD, le produit de réaction est différent de la structure typique à haute température et haute pression du fer pur et de l’oxyde de fer.

La recherche théorique sur la structure cristalline basée sur l’algorithme génétique a montré que l’alliage Fe-O riche en fer peut survivre de manière stable à une pression d’environ 200 GPa. Les nouveaux alliages Fe – O riches en fer développent une structure hexagonale compacte dans de telles conditions, avec des couches d’oxygène prises en sandwich entre les couches de fer pour soutenir la structure. Un processus comme celui-ci crée de nombreux composés Fe – O riches en fer avec une entropie configurationnelle élevée et des configurations étroitement emballées. Ces données théoriques ont été utilisées pour déterminer l’arrangement atomique Fe28O14 qui correspond au modèle XRD enregistré expérimentalement.

D’autres calculs ont montré que les phases Fe – O riches en fer sont métalliques, contrastant avec les oxydes de fer courants à des pressions plus basses. La structure électronique dépend de la concentration en O et de la disposition des couches d’oxyde de fer. Les propriétés mécaniques et les propriétés thermiques de l’alliage doivent être étudiées plus avant à l’avenir.

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Référence de la revue :

  1. Jin Liu et Yang Sun et al. Composés Fe – O riches en fer sous la pression terrestre. innovation. EST CE QUE JE: 10.1016/j.xinn.2022.100354