انحلال نیتروژن در مذاب فلز و سیلیکات در فشار و دمای بالا

Nitrogen solubility in molten metal and silicate at high pressure and temperature

چکیده

نیتروژن گاز غالب در اتمسفر زمین می‌باشد. اما رفتار آن در طی تغییرات زمین بسیار کم شناخته شده می‌باشد. برای کمک به شناسایی منبع نیتروژن در زمین، انحلال نیتروژن در مخلوطی از مدل ترکیب CI- کاندریت مذاب و آلیاژ مذاب فلز آهن و نیکل در زمین به صورت تجربی مشخص شده است.

آزمایشات در یک سلول با لیزر حرارت داده شده‌ی سندان الماس و در فشار ۱۸GPa و دمای ۲۸۵۰ ± ۲۰۰K انجام شده است. آزمایشات چند سندانی نیز در فشارهای ۵ و ۱۰ گیگاپاسکال و دمای ۲۳۹۰ ± ۵۰K انجام شد. مقدار نیتروژن در هر دوی فلز و سیلیکات با افزایش فشار افزایش یافته است. همچنین با افزایش میزان آهن در آلیاژ ذکر شده، مقدار نیتروژن افزایش یافت.

فرمول سیورت به خوبی انحلال نیتروژن در فلزات و در فار بالای ۱۸ گیگاپاسکال را بیان می‌کند. برای مذاب سیلیکات اشباع در بالای ۴ تا ۵۰ گیگاپاسکال فشار، قانون هنری به کار گرفته شد. جدا از این مدل‌های انحلال، نشان داده شده است که ضریب جزئی نیتروژن بین مذاب‌های فلز و سیلیکاتی از حدود ۱۰^۴ در فشار محیط تا حدود ۱۰ تا ۲۰ برای فشارهای بالاتر از ۱ گیگاپاسکال تغییر می‌کند. این وابستگی جزئی نیتروژن به فشار می‌تواند کاهش نسبی نیتروژن به دیگر مواد فرار در سیلیکات زمین توضیح دهد.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Nitrogen is the dominant gas in Earth atmosphere, but its behavior during the Earth’ differentiation is poorly known. To aid in identifying the main reservoirs of nitrogen in the Earth, nitrogen solubility was determined experimentally in a mixture of molten CI-chondrite model composition and (Fe, Ni) metal alloy liquid.

Experiments were performed in a laser-heated diamond-anvil cell at pressures to 18 GPa and temperatures to 2850 ± ۲۰۰ K. Multi-anvil experiments were also performed at 5 and 10 GPa and 2390 ± ۵۰ K. The nitrogen content increases with pressure in both metal and silicate reservoirs. It also increases with the iron content of the (Fe, Ni) alloy.

Sieverts’ formalism successfully describes the nitrogen solubility in metals up to 18 GPa. Henry’s law applies to nitrogen-saturated silicate melts up to 4–۵ GPa. Independently of these solubility models, it is shown that the partition coefficient of nitrogen between metal and silicate melts changes from almost 10⁴ at ambient pressure to about 10–۲۰ for pressures higher than 1 GPa. The pressure-dependence of the nitrogen partitioning can explain the recently suggested depletion of nitrogen relative to other volatiles in the bulk silicate Earth.  ۲۰۱۳ Elsevier Ltd. All rights reserved.