Física mineral
Plantilla:Geofísica La física mineral és la ciència dels materials que componen l'interior dels planetes, particularment la Terra. Se superpon en la petrofísica, que se centra en les propietats de la roca completa. Proporciona informació que permet l'interpretació de medicions de superfície d'ones sísmiques, anomalies de gravetat, camps geomagnètics i camps electromagnètics en térmens de propietats en l'interior profunt de la Terra. Esta informació es pot utilisar per a proporcionar informació sobre la tectónica de plaques, la convecció del mant, el geodínamo i els fenomens relacionats.
El treball de laboratori en física mineral requerix medicions d'alta pressió. La ferramenta més comuna és una cela d'enclusa de diamant, que usa diamants per a posar una menuda mostra baix pressió que pot acostar-se a les condicions en l'interior de la Terra.
Creant altes pressiones
[editar | editar còdic]Compressió de choc
[editar | editar còdic]Molts dels estudis pioners en física mineral varen involucrar explosions o proyectils que someten una mostra a un choc. Durant un breu interval de temps, la mostra està baix pressió a mida que passa la ona de choc. Per mig d'este método s'han conseguit pressions tan altes com qualsevol en la Terra. No obstant, el método té algunes desventages. La pressió és molt no uniforme i no és adiabàtica, per lo que l'ona de pressió calfa la mostra en passar. Les condicions de l'experiment deuen interpretar-se en térmens d'un conjunt de curves de densitat de pressió anomenades curves de Hugoniot.[1]
Prensa multi-enclusa
[editar | editar còdic]Les prenses multi-enclusa impliquen una disposició d'encluses per a concentrar la pressió d'una prensa sobre una mostra. Típicament, l'aparat usa una disposició de huit encluses de carbur de tungsteno en forma de gaveta per a comprimir un octaedre de ceràmica que conté la mostra i un forn de ceràmica o metal Re. Les encluses es coloquen típicament en una gran prensa hidràulica. El método va ser desenrollat per Kawai i Endo en Japó.[2] A diferència de la compressió de choc, la pressió eixercida és constant i la mostra es pot calfar usant un forn. Pressions d'aproximadament 28 GPa (equivalent a profunditats de 840 km),[3] i temperatures superiors a 2300 °C,[4] pot conseguir-se utilisant encluses de WC i un forn de cromita de lantano. L'aparat és molt voluminós i no pot alcançar pressions com les de la cela d'enclusa de diamant (avall), pero pot manejar mostres molt més grans que poden gelar-se i examinar-se despuix de l'experiment.[5] Recentment, s'han desenrollat encluses de diamants sinterizados per a este tipo de prensa que poden alcançar pressions de 90 GPa (2700 profunditat de km).[6]
Cèlula d'enclusa de diamant
[editar | editar còdic]
La cela d'enclusa de diamant és un menut dispositiu de sobretaula per a concentrar la pressió. Pot comprimir una menuda peça de material (tamany submilimétrico) a pressions extremes, que poden superar els 3.000.000 de atmòsfera (300 gigapascales).[7] Açò està més allà de les pressions en el centre de la Terra. La concentració de pressió en la punta dels diamants és possible pel seu durea, mentres que la seua transparència i alta conductivitat tèrmica permeten una varietat de sondes per a examinar l'estat de la mostra. La mostra es pot calfar a mils de graus.
Creant altes temperatures
[editar | editar còdic]Alcançar temperatures en l'interior de la terra és tan important per a l'estudi de la física mineral com crear altes pressions. S'utilisen varis métodos per a alcançar estes temperatures i medir-les. El calfament resistivo és el més comú i més simple de medir. L'aplicació d'un voltage a un cable calfa el cable i l'àrea circumdant. Hi ha disponible una gran varietat de dissenys de calfadors, inclosos els que calfen tot el cos de la cela d'enclusa de diamant (DAC) i els que s'ajusten dins del cos per a calfar la cambra de mostra. Es poden alcançar temperatures inferiors a 700 °C en l'aire per la oxidació del diamant per damunt d'esta temperatura. En una atmòsfera d'argón, es poden alcançar temperatures més altes de fins a 1700 °C sense danyar els diamants. Els calfadors resistivos no han alcançat temperatures superiors a 1000 °C.
El calfament per làser es realisa en una cela d'enclusa de diamant en làser Nd: YAG o CO2 per a alcançar temperatures superiors a 6000k. La espectroscopía s'usa per a medir la radiació de cos negre de la mostra per a determinar la temperatura. El calfament per làser continua estenent el ranc de temperatura que es pot alcançar en la cela d'enclusa de diamant, pero sofrix dos inconvenients significatius. Primer, les temperatures per baix de 1200 °C són difícils de medir en este método. En segon lloc, existixen grans gradient de temperatura en la mostra perque solament es calfa la porció de mostra colpejada pel làser.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ (1980).Science.207(4435)
- 1035–1041.doi:10.1126/science.207.4435.1035.
- ↑ (1970).Review of Scientific Instruments.41(8)
- 1178–1181.doi:10.1063/1.1684753.
- ↑ (2000).Physics of the Earth and Planetary Interiors.121(1–2)
- 85–102.doi:10.1016/S0031-9201(00)00162-X.
- ↑ (1993).Journal of Geophysical Research.98(B11)
- 19785–19793.doi:10.1029/93JB02218.
- ↑ «Studying the Earth's formation: The multi-anvil press at work». Lawrence Livermore National Laboratory. Archivat des d'el original, el 28 May 2010. Consultat el 29 de setembre de 2010.
- ↑ (2011).Geoscience Frontiers.2(1)
- 101–106.doi:10.1016/j.gsf.2010.09.005.
- ↑ (1998).Physics Today.51(8)
- 26.doi:10.1063/1.882374.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Física mineral» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.