L’oxygène et le fer sont les éléments les plus abondants sur Terre, et leurs composés sont des composants clés de la formation des planètes. Alors que l’oxygène est omniprésent dans le manteau, sa présence dans le noyau interne solide est encore discutable.
Des chercheurs dirigés par le Dr Yang Sun de Université de Colombie et le Dr Jin Liu de HPSTAR (le Center for High-Pressure Science & Technology Advanced Research) ont découvert que les alliages Fe-O riches en Fe sont stables jusqu’à près de 300 GPa et à des températures aussi élevées que 3 000 K. Les résultats suggèrent que l’oxygène peut exister dans noyau interne solidequi fournit des contraintes clés pour mieux comprendre le processus de formation et l’évolution histoire du noyau terrestre.
Parce 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 qui tremblements de terre produire. Bien que leur type et leur composition fassent encore l’objet de débats, on pense maintenant que le noyau interne contient des composants légers. Les données cosmochimiques et géochimiques prédisent qu’il comprendra du soufre, du silicium, du carbone et de l’hydrogène. Les calculs et les expériences ont également soutenu la découverte que sous les hautes températures et les hautes pressions de la Terre profonde, ces éléments se combinent avec du fer pur pour créer une variété d’alliages de Fe.
Cependant, l’oxygène est généralement exclu du noyau interne car les alliages Fe-O avec des compositions riches en fer n’ont jamais 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 % en 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 si « anoxique » ? Dans ce travail, plusieurs tests et calculs théoriques ont été effectués pour apporter une réponse à cette question.
Du fer pur et de l’oxyde de fer ont été placés aux extrémités de deux enclumes en diamant et tirés avec un faisceau laser à haute énergie à une température et une pression proches de la 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 entre le fer et l’oxyde de fer a lieu. Selon les données XRD, le produit de réaction est distinct de la structure typique à haute température et haute pression du fer pur et de l’oxyde de fer.
Une recherche de structure cristalline théorique basée sur un algorithme génétique a montré que l’alliage Fe-O riche en fer peut survivre régulièrement à une pression d’environ 200 GPa. Les nouveaux alliages Fe-O riches en Fe développent une structure hexagonale compacte dans de telles circonstances, les couches d’oxygène étant positionnées entre les couches de Fe pour supporter la structure. Un processus comme celui-ci crée de nombreux composés Fe-O riches en Fe avec une entropie configurationnelle élevée et des configurations étroitement emballées. Ces données théoriques ont été utilisées pour identifier un arrangement atomique Fe28O14 qui correspondait au modèle XRD enregistré expérimentalement.
D’autres calculs ont montré que les phases Fe-O riches en Fe sont métalliques, contrairement aux oxydes de fer courants à basse pression. La structure électronique dépend de la concentration en O et des arrangements des couches Fe et O. Les propriétés mécaniques et les propriétés thermiques de l’alliage doivent être étudiées plus avant à l’avenir.
Référence de la revue :
- Jin Liu, Yang Sun et al. Composés Fe – O riches en fer aux pressions du noyau terrestre. L’innovation. EST CE QUE JE: 10.1016/j.xinn.2022.100354
