Phasenübergänge, Grüneisen-Parameter und Elastizität für geschocktes Eisen zwischen 77 GPa und 400 GPa

Die in Eisen bestimmten Schallgeschwindigkeiten, die bei Drücken zwischen 77 GPa und 400 GPa geschockt wurden, zeigen, dass zwei Phasenübergänge auf dem Hugoniot existieren. Eine Diskontinuität in den Schallgeschwindigkeiten bei 200 ± 2 GPa könnte den Übergang von ε-Eisen zu γ-Eisen markieren. Eine zweite Diskontinuität bei 243 ± 2 GPa wird als Hinweis auf den Beginn des Schmelzens angesehen. Die berechnete Temperatur beim Schmelzen liegt zwischen 5000 K und 5700 K. Wenn vom Hugoniot-Schmelzpunkt extrapoliert, liefert das Lindemann-Kriterium eine Schätzung von 5800 ± 500 K für das Schmelzen von reinem Eisen am Druckgrenzwert des inneren Kerns von 330 GPa. Das Produkt aus Dichte und dem thermodynamischen Grüneisen-Parameter in flüssigem Eisen, berechnet aus den vorliegenden Daten, beträgt 19,6 ± 0,8 Mg m −3. Ein Temperaturprofil, das von 3800 K an der Kern-Mantel-Grenze bis 5000 K im Erdinneren reicht, wird unter Verwendung der vorliegenden Daten berechnet. Die Schallgeschwindigkeiten für ε-Eisen passen besser zu den seismischen Geschwindigkeiten des inneren Kerns der Erde als die von γ-Eisen. Ein Vergleich zwischen den Geschwindigkeiten von flüssigem Eisen und dem Geschwindigkeitsprofil durch den äußeren Kern liefert weitere Hinweise auf die Legierung von Eisen mit „leichteren Elementen“ im Kern.