Поведение системы Fe—S при высоких давлениях и состав ядра Земли
З.Г. Бажановаа,
В.В. Ройзенб,
А.Р. Огановв,б,а аМосковский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Воробьевы горы, Москва, 119991, Российская Федерация бМосковский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация вСколковский институт науки и технологий, Территория Инновационного Центра Сколково , Большой бульвар 30, стр.1, Москва, 121205, Российская Федерация
С помощью метода предсказания кристаллических структур USPEX определены термодинамически стабильные составы и кристаллические структуры соединений в системе Fe—S в диапазоне давлений 100—400 ГПа. Обнаружено, что при давлениях, характерных для внутреннего ядра Земли (330—364 ГПа), стабильны только два соединения: Fe2S и FeS. При этом только Fe2S может существовать в равновесии с железом во внутреннем ядре. На основе расчёта уравнения состояния Fe2S показано, что плотность внутреннего ядра достигается, если внутреннее ядро содержит 10,6—13,7 мол.% (6,4—8,4 мас.%) серы. Аналогичные расчёты для FeSi, единственного стабильного при этом давлении силицида железа, позволяют воспроизвести плотность внутреннего ядра Земли при 9,0—11,8 мол.% (4,8—6,3 мас.%) кремния. Обе оценки дают фактически одинаковую среднюю атомную массу $\bar M$ в диапазоне 52,6—53,3, что значительно выше величины $\bar M$ =49,3, выведенной для внутреннего ядра из закона Бёрча. В случае кислорода (учитывая, что в условиях ядра в равновесии с железом может существовать субоксид Fe2O) плотность внутреннего ядра можно объяснить содержанием 13,2—17,2 мол.% (4,2—5,6 мас.%) кислорода, что соответствует $\bar M$ в диапазоне 49,0—50,6. Мы определили четыре наиболее простые модели состава внутреннего ядра, воспроизводящие его плотность и $\bar M$: 1) 86 мол.% (Fe+Ni)+14 мол.% C; 2) 84 мол.% (Fe+Ni)+16 мол.% O; 3) 84 мол.% (Fe+Ni)+7 мол.% S+9 мол.% H; 4) 85 мол.% (Fe+Ni)+6 мол.% Si+9 мол.% H.
PT Journal Article
TI High-pressure behavior of the Fe—S system and composition of the Earth's inner core
AU Bazhanova Z G
FAU Bazhanova ZG
AU Roizen V V
FAU Roizen VV
AU Oganov A R
FAU Oganov AR
DP 10 Oct, 2017
TA Usp. Fiz. Nauk
VI 187
IP 10
PG 1105-1113
RX 10.3367/UFNr.2017.03.038079
URL https://ufn.ru/ru/articles/2017/10/d/
SO Usp. Fiz. Nauk 2017 Oct 10;187(10):1105-1113
Поступила: 6 февраля 2017, доработана: 21 февраля 2017, одобрена в печать: 2 марта 2017