NASA Technical Reports Server (NTRS) 20090022123: Constraining the Depth of a Martian Magma Ocean through Metal-Silicate Partitioning Experiments: The Role of Different Datasets and the Range of Pressure and Temperature Conditions

0.14 MB·English

by  NASA Technical Reports Server (NTRS)

Constraining the depth of a mmaarrttiiaann mmaaggmmaa oocceeaann tthhrroouugghh mmeettaall-ssiilliiccaattee ppaarrttiittiioonniinngg
eexxppeerriimmeennttss:: TThhee rroollee ooff ddiiffffeerreenntt ddaattaasseettss aanndd tthhee rraannggee ooff pprreessssuurree aanndd tteemmppeerraattuurree
conditions. K.Righter1 aanndd NN..LL.. CChhaabboott2. 1NNAASSAA JJSSCC,, HHoouussttoonn,, TTXX 7777005588;; kkeevviinn..rriigghhtteerr-
[email protected] 2JHU-AAPPLL,, LLaauurreell,, MMDD 20723.

Introduction: MMaarrss aaccccrreettiioonn iiss kknnoowwnn ttoo UUssiinngg tthhee [[77]] ddaattaasseett rreessuullttss iinn
bbee ffaasstt ccoommppaarreedd ttoo EEaarrtthh [[11]].. BBaassaallttiicc ssaattiissffaaccttoorryy mmaattcchheess ttoo tthhee NNii aanndd CCoo DD''ss aatt
ssaammpplleess pprroovviiddee aa pprroobbee iinnttoo tthhee iinntteerriioorr aanndd 6 GPa and 2000 K and a ∆ IIWW ooff -1 Using
aallllooww rreeccoonnssttrruuccttiioonn ooff ssiiddeerroopphhiillee eelleemmeenntt tthhee [[55]] ddaattaasseett rreessuullttss iinn mmaattcchheess aatt 4 GPa
ccoonntteennttss ooff tthhee mmaannttllee.. TThheessee eessttiimmaatteess ccaann and 2373 K with no ddiiffffeerreennccee bbeettwweeeenn tthhee
bbee uusseedd ttoo eessttiimmaattee ccoonnddiittiioonnss ooff ccoorree rreessuullttss ooff hhiigghh PP vvss.. llooww PP ddaattaasseettss.. AAnndd uussee
formation, as for Earth [2]. AAlltthhoouugghh mmaannyy ooff tthhee eexxpprreessssiioonnss ooff tthhee ffoorrmm ooff [[99,,1100]]
aassssuummee tthhaatt MMaarrss wweenntt tthhrroouugghh aa mmaaggmmaa yyiieellddss aacccceeppttaabbllee mmaattcchheess aatt 77 GGPPaa aanndd 22273
ocean stage, and possibly eevveenn ccoomplete K, and ∆IW = -1.
mmeellttiinngg [[33]],, tthhee ssiiddeerroopphhiillee eelleemmeenntt ccoonntteenntt TThheessee rreessuullttss ffoorr NNii aanndd CCoo wwiillll bbee
of Mars’ mantle iiss ccoonnssiisstteenntt wwiitthh relatively aauuggmmeenntteedd wwiitthh aann aasssseessssmmeenntt ffoorr WW.. TThhee
low pprreessssuurree aanndd tteemmppeerraattuurree ((PT) pprreelliimmiinnaarryy rreessuullttss iinnddiiccaattee tthhee rreellaattiivvee llooww
ccoonnddiittiioonnss,, iimmppllyyiinngg oonnllyy sshhaallllooww mmeellttiinngg,, PPTT ccoonnddiittiioonnss ffoorr MMaarrss aarree rreessiilliieenntt ttoo
near 7 GPa and 2073 K [[44]].. TThhiiss is a ddiiffffeerreenntt DD((MM//SS)) ppaarraammeetteerriizzaattiioonn
pprreessssuurree rraannggee wwhheerree ssoommee hhaavvee pprrooppoosseedd aa appprrooaacchheess.. FFuurrtthheerrmmoorree,, tthhee llooww PPTT
cchhaannggee iinn ssiiddeerroopphhiillee eelleemmeenntt ppaarrttiittiioonniinngg ccoonnddiittiioonnss mmuusstt bbee rreeccoonncciilleedd wwiitthh aaccccrreettiioonn
bbeehhaavviioorr [[55,,66]].. WWee wwiillll eexxaammiinnee tthhee aanndd ddiiffffeerreennttiiaattiioonn ccoonnssttrraaiinnttss pprroovviiddeedd ffrroomm
dattaabbaasseess uusseedd ffoorr ppaarraammeetteerriizzaattiioonn aanndd sspplliitt isotopic measurements.
tthheemm iinnttoo aa llooww aanndd hhiigghheerr pprreessssuurree rreeggiimmee
to see if the methods used ttoo rreeaacchh tthhiiss
ccoonncclluussiioonn aaggrreeee ffoorr tthhee ttwwoo sseettss ooff ddaattaa..
Martian Ni/Co Ratio: OOnnee ooff tthhee
ssttrroonnggeesstt ccoonnssttrraaiinnttss oonn tthhee pprreessssuurree ooff
eeqquuiilliibbrraattiioonn ffoorr MMaarrss iiss tthhee NNii//CCoo rraattiioo..
BBeeccaauussee MMaarrss hhaass aa llaarrggee ddeepplleettiioonn ooff NNii
ccoommppaarreedd ttoo CCoo,, tthhee DDss ffoorr tthheessee ttwwoo
elleemmeennttss mmuusstt bbee vveerryy ddiiffffeerreenntt iinn aannyy
explanation of metal-ssiilliiccaattee eeqquuiilliibbrriiuumm..
IInnddeeeedd,, DD((NNii)) mmuusstt bbee ~~ 117755 aanndd DD((CCoo))
mmuusstt bbee ~~ 4400.. IInn tteerrmmss ooff tthhee eexxcchhaannggee
equilibria, K (Ni-FFee)) ~~ 3333,, aanndd KK (Co-Fe) ~ Figure 1: Kd(Ni-Fe) met/sil vs. prreessssuurree ccaallccuullaatteedd
d d
ffoorr hhiigghh pprreessssuurree >>55 GGPPaa)) aanndd llooww pprreessssuurree ((<< 55
7.6. These D and K vvaalluueess aarree bbaasseedd oonn tthhee
d GPa) data of [5]. K(Ni-FFee)) ooff 3333 iiss rreeqquuiirreedd ffoorr
Mars bullkk ccoommppoossiittiioonn aanndd ccoorree ssiizzee mmooddeell d
eeqquuiilliibbrriiuumm iinn tthhee MMaarrss mmaannttllee,, wwhhiicchh iiss bbeesstt
of [8]. matched near 4 GPa and 2373 K.
Results: TThhee pprreeddiiccttiivvee eexxpprreessssiioonnss ooff [7]
ffoorr NNii aanndd CCoo ccaann bbee uusseedd ttoo pprreeddiicctt DD((NNii)) References:[1] KKlleeiinnee,, TT.. eett aall.. ((22000044)) GCA 68,
MM//SS aanndd DD((CCoo)) MM//SS aaccrroossss aa rraannggee ooff 2935-2946 ; [2] Walter, MM..JJ.. eett aall.. (2000) Origin
temperatures and pressures ≥≥ 5 GPa Earth Moon, p. 265-9900,, UUnniivv.. AAZZ PPrreessss;; [3] Elkins-
Tanton, L. et al. (2005) EEPPSSLL 223366,, 11-12;
accordiinngg ttoo eexxpprreessssiioonnss ooff tthhee ffoorrmm llnnDD ==
[4] RRiigghhtteerr,, KK.. eett aall.. ((11999988)) GGCCAA 62, 2167-2177;
a/T + bP/T + c∆IIWW ++ dd.. TThhee eexxppeerriimmeennttaall
[5] Kegler, PP.. eett aall.. ((22000088)) EEPPSSLL 226688,, 2288–40; [6]
database of [5] was sspplliitt iinnttoo ttwwoo rreeggiimmeess – Cottrell, E.A., et al. (2009) EPSL 228811,, 275-287; [7]
high pressure and low pressure – for Ni and CChhaabboott,, NN..LL.. eett aall.. GGCCAA ((22000055)) 6699,, 22114411–2151; [8]
CCoo.. TThheessee eexxpprreessssiioonnss wweerree ffoorr eexxcchhaannggee Longhi,J. et al. (1992) in MARS,, pp.. 118844-208, Univ.
AZ Press; [9] Righter, K. aanndd DDrraakkee, M.J. (1999)
partition coefficients K (Ni-FFee)) aanndd KK (Co-
d d
EPSL 171, 383-399.;; [[1100]] RRiigghhtteerr, K. (2008) Fall
Fe) and are independent of ooxxyyggeenn ffuuggaacciittyy
AGU, MR32A-02; [[1111]] DDeeBBaaiillllee,, V. et al. (2008)
aanndd tthheerreeffoorree tthhee eexxpprreessssiioonnss hhaavvee tthhee ffoorrmm
EPSL 269, 186-199;; [[1122]] FFoolleeyy,, NN.. eett aall.. ((22000055))
lnKd = a + b/T + cP/T. GCA 69, 4557-4571.