RUS  ENG ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB
Общая информация
Последний выпуск
Скоро в журнале
Архив
Импакт-фактор
Подписка
Правила для авторов
Загрузить рукопись

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



УФН:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


УФН, 2012, том 182, номер 5, страницы 521–530 (Mi ufn4211)  

Эта публикация цитируется в 43 научных статьях (всего в 43 статьях)

ИЗ ТЕКУЩЕЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Системы Fe–C и Fe–H при давлениях внутреннего ядра Земли

З. Г. Бажановаa, А. Р. Огановbcd, О. Джанолаe

a Научно-исследовательский вычислительный центр Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
b Department of Geosciences, Stony Brook University
c Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University
d Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, геологический факультет
e Institute für Geochemie und Petrologie, Department of Earth Sciences, ETH, Zürich

Аннотация: Твёрдое внутреннее ядро Земли состоит из сплава железа, никеля и более лёгких элементов, из которых наиболее вероятными являются Si, S, O, H и C. Для определения химического состава внутреннего ядра необходимо установить диапазоны возможных составов, которые могли бы объяснять его наблюдаемые свойства. В последнее время возросло число публикаций, в которых в качестве возможных лёгких элементов ядра рассматриваются С и Н, но результаты этих исследований весьма противоречивы. Настоящая статья посвящена теоретическому исследованию систем Fe–C и Fe–H при давлениях внутреннего ядра Земли ($330$$364$ ГПа) на основе первопринципных расчётов. С помощью эволюционного алгоритма USPEX предсказаны структуры всех возможных карбидов (FeC, Fe$_2$C, Fe$_3$C, Fe$_4$C, FeC$_2$, FeC$_3$, FeC$_4$, Fe$_7$C$_3$) и гидридов (Fe$_4$H, Fe$_3$H, Fe$_2$H, FeH, FeH$_2$, FeH$_3$, FeH$_4$) с минимальной энтальпией. Установлено, что при давлениях внутреннего ядра Fe$_2$C (пространственная группа $Pnma$) является наиболее стабильным карбидом, а FeH, FeH$_3$ и FeH$_4$ представляют собой наиболее стабильные гидриды. Для Fe$_3$C при этих условиях структура цементита (пространственная группа $Pnma$) и недавно найденная методом случайной выборки структура $Cmcm$ оказались менее устойчивыми, чем предсказанные нами структуры с пространственными группами $I$-4 и $C2/m$. Обнаружено, что FeH$_3$ и FeH$_4$ образуют интересные с точки зрения кристаллохимии термодинамически устойчивые структуры, в которых железо трёхвалентно. Плотность ядра при релевантных значениях давления и температуры хорошо согласуется с таковой для сплава железа с разумным содержанием углерода: $11$$15$ молярных ($2{,}6$$3{,}7$ весовых) процентов, что даёт верхний предел содержания C во внутреннем ядре. Полученные значения, характерные для углистых хондритов СI, соответствуют средней атомной массе в диапазоне $49{,}3$– $51{,}0$, что хорошо согласуется с выводами из закона Бёрча для внутреннего ядра. Полученные аналогичным образом верхние оценки содержания H нереалистично велики: $17$$22$ молярных ($0{,}4$$0{,}5$ весовых) процентов, что соответствует средней атомной массе ядра $43{,}8$$46{,}5$. Углерод является более вероятным, чем водород, лёгким элементом внутреннего ядра.

DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201205c.0521

Полный текст: PDF файл (1757 kB)
Полный текст: http://www.ufn.ru/.../c
Список литературы: PDF файл   HTML файл

Англоязычная версия:
Physics–Uspekhi, 2012, 55:5, 489–497

Реферативные базы данных:

Тип публикации: Статья
PACS: 61.50.Ah, 61.50.Ks, 61.50.Nw, 61.66.Fn, 64.30.-t, 91.60.Fe
Поступила: 13 декабря 2011 г.
Доработана: 22 февраля 2012 г.
Одобрена в печать: 17 февраля 2012 г.

Образец цитирования: З. Г. Бажанова, А. Р. Оганов, О. Джанола, “Системы Fe–C и Fe–H при давлениях внутреннего ядра Земли”, УФН, 182:5 (2012), 521–530; Phys. Usp., 55:5 (2012), 489–497

Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{BazOgaGia12}
\by З.~Г.~Бажанова, А.~Р.~Оганов, О.~Джанола
\paper Системы Fe--C и Fe--H при давлениях внутреннего ядра Земли
\jour УФН
\yr 2012
\vol 182
\issue 5
\pages 521--530
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/ufn4211}
\crossref{https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201205c.0521}
\adsnasa{http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?2012PhyU...55..489B}
\elib{http://elibrary.ru/item.asp?id=17785276}
\transl
\jour Phys. Usp.
\yr 2012
\vol 55
\issue 5
\pages 489--497
\crossref{https://doi.org/10.3367/UFNe.0182.201205c.0521}
\isi{http://gateway.isiknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcApp=PARTNER_APP&SrcAuth=LinksAMR&DestLinkType=FullRecord&DestApp=ALL_WOS&KeyUT=000307559000003}
\elib{http://elibrary.ru/item.asp?id=20494364}
\scopus{http://www.scopus.com/record/display.url?origin=inward&eid=2-s2.0-84864990959}


Образцы ссылок на эту страницу:
  • http://mi.mathnet.ru/ufn4211
  • http://mi.mathnet.ru/rus/ufn/v182/i5/p521

    ОТПРАВИТЬ: VKontakte.ru FaceBook Twitter Mail.ru Livejournal Memori.ru


    Citing articles on Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles on Google Scholar: Russian articles, English articles

    Эта публикация цитируется в следующих статьяx:
    1. Oganov A.R., Hemley R.J., Hazen R.M., Jones A.P., “Structure, Bonding, and Mineralogy of Carbon at Extreme Conditions”, Carbon in Earth, Rev. Mineral. Geochem., 75, eds. Hazen R., Jones A., Baross J., 2013, 47–77  crossref  isi  elib  scopus
    2. K.D.. Litasov, I.S.. Sharygin, P.I.. Dorogokupets, Anton Shatskiy, P.N.. Gavryushkin, “Thermal equation of state and thermodynamic properties of iron carbide Fe$_3$C to 31 GPa and 1473 K”, J. Geophys. Res. Solid Earth, 118:10 (2013), 5274–5284  crossref  adsnasa  isi  scopus
    3. Wahl S.M., Wilson H.F., Militzer B., “Solubility of Iron in Metallic Hydrogen and Stability of Dense Cores in Giant Planets”, Astrophys. J., 773:2 (2013), 95  crossref  adsnasa  isi  scopus
    4. Д. К. Белащенко, “Компьютерное моделирование жидких металлов”, УФН, 183:12 (2013), 1281–1322  mathnet  crossref  adsnasa  elib; D. K. Belashchenko, “Computer simulation of liquid metals”, Phys. Usp., 56:12 (2013), 1176–1216  crossref  isi
    5. D. K. Belashchenko, “Estimation of the thermodynamic characteristics of the earth’s core using the embedded atom model”, Geochem. Int, 52:6 (2014), 456  crossref  isi  elib  scopus
    6. Yingwei Fei, Eli Brosh, “Experimental study and thermodynamic calculations of phase relations in the Fe–C system at high pressure”, Earth and Planetary Science Letters, 408 (2014), 155  crossref  isi  scopus
    7. Ch.M.. Pépin, Agnès Dewaele, Grégory Geneste, Paul Loubeyre, Mohamed Mezouar, “New Iron Hydrides under High Pressure”, Phys. Rev. Lett, 113:26 (2014)  crossref  isi  elib  scopus
    8. V.V.. Struzhkin, “Superconductivity in compressed hydrogen-rich materials: pressing on hydrogen”, Physica C: Superconductivity and its Applications, 2015  crossref  isi  scopus
    9. K.D. Litasov, Z.I. Popov, P.N. Gavryushkin, S.G. Ovchinnikov, A.S. Fedorov, “First-principles calculations of the equations of state and relative stability of iron carbides at the Earth’s core pressures”, Russian Geology and Geophysics, 56:1-2 (2015), 164  crossref  adsnasa  isi  scopus
    10. Sobolev N.V., Dobretsov N.L., Ohtani E., Taylor L.A., Schertl H.-P., Palyanov Yu.N., Litasov K.D., “Problems Related To Crystallogenesis and the Deep Carbon Cycle”, Russ. Geol. Geophys., 56:1-2 (2015), 1–12  crossref  adsnasa  isi  elib
    11. Zamaan Raza, Nina Shulumba, N.M.. Caffrey, Leonid Dubrovinsky, I.A.. Abrikosov, “First-principles calculations of properties of orthorhombic iron carbideFe7C3at the Earth's core conditions”, Phys. Rev. B, 91:21 (2015)  crossref  isi  scopus
    12. Charles Pépin, Paul Loubeyre, Florent Occelli, Paul Dumas, “Synthesis of lithium polyhydrides above 130 GPa at 300 K”, Proc Natl Acad Sci USA, 112:25 (2015), 7673  crossref  isi  scopus
    13. N.V. Sobolev, N.L. Dobretsov, E. Ohtani, L.A. Taylor, H.-P. Schertl, “Problems related to crystallogenesis and the deep carbon cycle”, Russian Geology and Geophysics, 56:1-2 (2015), 1  crossref  scopus
    14. Liu Yu., Duan D., Tian F., Wang Ch., Ma Ya., Li D., Huang X., Liu B., Cui T., “Stability and Properties of the Ru-H System At High Pressure”, Phys. Chem. Chem. Phys., 18:3 (2016), 1516–1520  crossref  isi  scopus
    15. Litasov K.D., Shatskiy A.F., “Composition of the Earth's Core: a Review”, Russ. Geol. Geophys., 57:1 (2016), 22–46  crossref  adsnasa  isi  scopus
    16. Kuopanportti P., Hayward E., Fu Ch.-Ch., Kuronen A., Nordlund K., “Interatomic FE-H Potential For Irradiation and Embrittlement Simulations”, Comput. Mater. Sci., 111 (2016), 525–531  crossref  isi  elib  scopus
    17. Liu J., Lin J.-F., Prakapenka V.B., Prescher C., Yoshino T., “Phase relations of Fe$_3$C and Fe$_7$C$_3$ up to 185 GPa and 5200 K: Implication for the stability of iron carbide in the Earth's core”, Geophys. Res. Lett., 43:24 (2016), 12415–12422  crossref  isi  scopus
    18. Zhang Sh., Zhu L., Liu H., Yang G., “Structure and Electronic Properties of Fe$_2$SH$_3$ Compound under High Pressure”, Inorg. Chem., 55:21 (2016), 11434–11439  crossref  isi  elib  scopus
    19. Li Y., Vocadlo L., Brodholt J., Wood I.G., “Thermoelasticity of Fe$_7$C$_3$ under inner core conditions”, J. Geophys. Res.-Solid Earth, 121:8 (2016), 5828–5837  crossref  isi  elib  scopus
    20. Woerner W.R., Qian G.-R., Oganov A.R., Stephens P.W., Dharmagunawardhane H.A.N., Sinclair A., Parise J.B., “Combined Theoretical and in Situ Scattering Strategies for Optimized Discovery and Recovery of High-Pressure Phases: A Case Study of the GaN–Nb$_2$O$_5$ System”, Inorg. Chem., 55:7 (2016), 3384–3392  crossref  isi  elib  scopus
    21. Caracas R., “Crystal Structures of Core Materials”, Deep Earth: Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core, Geophysical Monograph Series, 217, eds. Terasaki H., Fischer R., Amer Geophysical Union, 2016, 57–68  isi
    22. Murphy C.A., “Hydrogen in the Earth's Core: Review of the Structural, Elastic, and Thermodynamic Properties of Iron-Hydrogen Alloys”, Deep Earth: Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core, Geophysical Monograph Series, 217, eds. Terasaki H., Fischer R., Amer Geophysical Union, 2016, 255–264  isi
    23. Chen B., Li J., “Carbon in the Core”, Deep Earth: Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core, Geophysical Monograph Series, 217, eds. Terasaki H., Fischer R., Amer Geophysical Union, 2016, 277–288  crossref  isi
    24. F. Li, D. Wang, H. Du, D. Zhou, Ya. Ma, Ya. Liu, “Structural evolution of FeH$_4$ under high pressure”, RSC Adv., 7:21 (2017), 12570–12575  crossref  isi  scopus
    25. R. Caracas, “The influence of carbon on the seismic properties of solid iron”, Geophys. Res. Lett., 44:1 (2017), 128–134  crossref  isi  scopus
    26. З. Г. Бажанова, В. В. Ройзен, А. Р. Оганов, “Поведение системы Fe – S при высоких давлениях и состав ядра Земли”, УФН, 187:10 (2017), 1105–1113  mathnet  crossref  elib
    27. K. D. Litasov, A. Shatskiy, D. S. Ponomarev, P. N. Gavryushkin, “Equations of state of iron nitrides $\varepsilon$-Fe$_3$N$_x$ and $\gamma$-Fe$_4$N$_y$ to 30 GPa and 1200 K and implication for nitrogen in the Earth's core”, J. Geophys. Res.-Solid Earth, 122:5 (2017), 3574–3584  crossref  isi  scopus
    28. T. Chihi, A. Bouhemadou, M. Reffas, R. Khenata, M. A. Ghebouli, B. Ghebouli, L. Louail, “Structural, Elastic and Thermodynamic Properties of Iron Carbide Fe7C3 Phases: An Ab Initio Study”, Chin. J. Phys., 55:3 (2017), 977–988  crossref  isi  scopus
    29. C. M. Pepin, G. Geneste, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, “Synthesis of Feh5: a Layered Structure With Atomic Hydrogen Slabs”, Science, 357:6349 (2017), 382+  crossref  isi  scopus
    30. A. Leineweber, T. Hickel, B. Azimi-Manavi, S. B. Maisel, “Crystal structures of Fe4C vs. Fe4N analysed by DFT calculations: FCC-based interstitial superstructures explored”, Acta Mater., 140 (2017), 433–442  crossref  isi  scopus
    31. Ya. Ma, D. Duan, Z. Shao, D. Li, Wang, Liyuan, H. Yu, F. Tian, H. Xie, B. Liu, Cui, Tian, “Prediction of Superconducting Ternary Hydride Mggeh6: From Divergent High-Pressure Formation Routes”, Phys. Chem. Chem. Phys., 19:40 (2017), 27406–27412  crossref  isi  scopus
    32. F. V. Kaminsky, “D ‘’ Layer: Transition From the Lower Mantle to the Earth's Core”: Kaminsky, FV, Earth'S Lower Mantle: Composition and Structure, Springer Geology, Springler, 2017, 281–303  crossref  isi
    33. Wang L., Duan D., Yu H., Xie H., Huang X., Ma Ya., Tian F., Li D., Liu B., Cui T., “High-Pressure Formation of Cobalt Polyhydrides: a First-Principle Study”, Inorg. Chem., 57:1 (2018), 181–186  crossref  isi  scopus
    34. Kvashnin A.G., Kruglov I.A., Semenok D.V., Oganov A.R., “Iron Superhydrides Feh5 and Feh6: Stability, Electronic Properties, and Superconductivity”, J. Phys. Chem. C, 122:8 (2018), 4731–4736  crossref  isi
    35. Li Yu., Vocadlo L., Brodholt J.P., “The Elastic Properties of Hcp-FE Alloys Under the Conditions of the Earth's Inner Core”, Earth Planet. Sci. Lett., 493 (2018), 118–127  crossref  isi  scopus
    36. Chen B., Lai X., Li J., Liu J., Zhao J., Bi W., Alp E.E., Hu M.Y., Xiao Yu., “Experimental Constraints on the Sound Velocities of Cementite FE3C to Core Pressures”, Earth Planet. Sci. Lett., 494 (2018), 164–171  crossref  isi  scopus
    37. Zhang Sh., Lin J., Wang Ya., Yang G., Bergara A., Ma Ya., “Nonmetallic Feh6 Under High Pressure”, J. Phys. Chem. C, 122:22 (2018), 12022–12028  crossref  isi  scopus
    38. Zheng Sh., Zhang Sh., Sun Yu., Zhang J., Lin J., Yang G., Bergara A., “Structural and Superconducting Properties of Tungsten Hydrides Under High Pressure”, Front. Physics, 6 (2018), 101  crossref  isi  scopus
    39. Zarifi N., Bi T., Liu H., Zurek E., “Crystal Structures and Properties of Iron Hydrides At High Pressure”, J. Phys. Chem. C, 122:42 (2018), 24262–24269  crossref  isi  scopus
    40. Kaminsky F.V., “Water in the Earth'S Lower Mantle”, Geochem. Int., 56:12 (2018), 1117–1134  crossref  isi  scopus
    41. Gonzalez-Hernandez A.G., Diaz Y., Gonzalez-Hernandez R., III Colombian Congress of Electrochemistry, Journal of Physics Conference Series, 1119, eds. Morales J., Reyes A., Gutierrez J., Palma R., IOP Publishing Ltd, 2018  crossref  isi
    42. Sagatov N., Gavryushkin P.N., Inerbaev T.M., Litasov K.D., “New High-Pressure Phases of FE7N3 and FE7C3 Stable At Earth'S Core Conditions: Evidences For Carbon-Nitrogen Isomorphism in FE-Compounds”, RSC Adv., 9:7 (2019), 3577–3581  crossref  isi  scopus
    43. Д. Н. Сагатова, П. Н. Гаврюшкин, Н. Е. Сагатов, И. В. Медриш, К. Д. Литасов, “Фазовые диаграммы гидридов железа при давлениях 100–400 ГПа и температурах 0–5000 K”, Письма в ЖЭТФ, 111:3 (2020), 160–165  mathnet  crossref
  • Успехи физических наук Physics-Uspekhi
    Просмотров:
    Эта страница:295
    Полный текст:96
    Литература:28
    Первая стр.:1
     
    Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2020