Aktivitätskoeffizienten von Si und Cr in Fe-Ni-Legierungen und ihre Relevanz für die Thermodynamik planetarer Differentiationsprozesse

Abstract

Die Erde und viele andere planetare Körper besitzen Eisennickel-Kerne. Diese resultieren aus einer zumindest partiellen Aufschmelzung in der Frühphase ihrer Geschichte. Durch die Gravitation hat sich dabei das schwerere Metall vom leichteren Silicat abgetrennt und ist in den Mittelpunkt des Körpers gesunken. Auf diese Weise entstand daraus der Metallkern. Während dieses Segregationsprozesses stand das Metall im Gleichgewicht mit dem Silicat. Eine geringe Menge des Elements Silicium wird abhängig von Temperatur und Sauerstoffpartialdruck aus der Oxidationsstufe +IV zum elementaren Silicium reduziert. Dieses Si wandert in die Metallphase und wird mit ihr in den Kern extrahiert. Die Menge des Si im Fe-Ni-Kern ist demnach ein empfindlicher Indikator für Temperatur und Sauerstoffpartialdruck bei der Kernbildung. Die meisten Gruppen der Eisenmeteorite werden als Derivate solcher Metallkerne angesehen, die sich während des Aufschmelzens von Planetesimalen gebildet haben. Der Si-Gehalt in Eisenmeteoriten sollte daher Temperatur und Sauerstoffpartialdruck bei ihrer Bildung widerspiegeln. Bisher waren die Si-Gehalte in Eisenmeteoriten nicht bekannt, weil diese unter den Nachweisgrenzen der verwendeten analytischen Methoden (Elektronenstrahl- Mikroanalyse) liegen. Auch der zu weiteren Berechnungen notwendige Aktivitätskoeffizient von Silicium in Eisennickel-Legierungen war bisher nicht ausreichend bekannt ...