Физико-химические превращения в смеси кварца с алюминием под действием сферически сходящихся ударных волн и внутреннее строение земной мантии

Abstract

С целью моделирования внутреннего строения Земли проведен эксперимент по ударному обжатию шара из смеси алюминия с кварцем в соотношении 1:1 сферически сходящимися ударными волнами с начальным давлением на поверхности 48 GPa. На основе расчетных профилей давления P(R, r) для выделенных лагранжевых частиц R сделаны оценки реализованных давлений в зависимости от положения слоя в образце. Обнаружено, что в результате протекания физико-химических реакций в шаре происходит образование нескольких кольцевых зон с разным фазовым составом. Полученные данные о фазовом составе продуктов превращения в различных слоях компакта сопоставлены со структурой слоев земной мантии. Установлено, что давление начала аморфизации кварца 22–24 GPa соответствует давлению перехода от верхней к нижней мантии Земли.

Mixture of aluminum and quartz powders taken in a ratio of 1:1 was loaded by spherical converging shock waves with the purpose of modelling the internal structure of the Earth. The pressures in the converging shock wave and in the diverging shock wave reflected from the center of the sample have been estimated as a function of the radial position of Lagrangian particles on the basis of the calculated pressure profiles P(R, t). A number of concentric layers (zones) have been observed in a meridian section of the sample after shock-wave loading. The data on the phase composition of different zones are considered in view of pressures induced by the converging and diverging shock waves at their boundaries. It is established that amorphisation pressure corresponds to pressure of transition from the upper to the lower mantle of the Earth.