Iron-wüstite revisited: A revised calibration accounting for variable stoichiometry and the effects of pressure
Iron-wüstite revisited: A revised calibration accounting for variable stoichiometry and the effects of pressure
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重新审视铁方铁矿：针对可变化学计量和压力影响的修订校准
DOI：
10.1016/j.gca.2021.08.039
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发表时间：
2021
影响因子：
5
通讯作者：
Hirschmann, M.M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hirschmann, M.M.
我们提出了适用于100 kPa至100 GPa和1000至3000 K的铁-钨铁（IW）缓冲的热力学和经验计算。热力学计算自一致地解释了铁饱和钨的化学计量随温度和压力的变化。与以前计算高压下IW的一些模型相比，该模型包含了100 kPa时化学计量FeO自由能的热力学有效表示。早期的高压模型依赖于JANAF热化学表（Chase, 1998），因为JANAF对FeO的性质有错误的值。这导致IW缓冲的预测氧逸度在3000和1000 K时也分别降低了0.2和1.1 log单位。修正后的热力学计算表明，随着压力的增加，饱和铁的w<s:1>石变得更接近化学计量，但这种转变取决于温度。FeO的近化学计量量（y< 0.01, Fe1-yO）在1000 K时接近8 GPa，在2000 K时达到17 GPa。提出了一个经验函数，可以准确地再现热力学计算，并便于在模型所涵盖的整个温度和压力范围内量化IW的fo2。在FeO经历了从绝缘体到导体的转变和低自旋Fe2+稳定之后，在高压下IW的计算中需要谨慎一些，因为目前的模型没有考虑这些转变对IW缓冲的影响。
We present thermodynamic and empirical calculations for the iron-wüstite (IW) buffer applicable from 100 kPa to 100 GPa and from 1000 to 3000 K. The thermodynamic calculation self-consistently accounts for changing stoichiometry of iron-saturated wüstite as a function of temperature and pressure. In contrast to some previous models for calculating IW at high pressure, the model incorporates a thermodynamically valid representation of the free energy of stoichiometric FeO at 100 kPa. Earlier high pressure models that relied on the JANAF thermochemical tables (Chase, 1998) were compromised because JANAF has erroneous values for the properties of FeO. This resulted in predicted oxygen fugacities buffered by IW that are between 0.2 and 1.1 log units too reducing at 3000 and 1000 K, respectively. The revised thermodynamic calculations indicate that iron-saturated wüstite becomes more nearly stoichiometric with increasing pressure, but that this shift depends on temperature. Near-stoichiometric FeO (y< 0.01, for Fe1-yO) is reached close to 8 GPa at 1000 K and 17 GPa at 2000 K. An empirical function is presented that accurately reproduces the thermodynamic calculation and facilitates easy quantification of thefO2of IW over the full range of temperatures and pressures covered by the model. Some caution is warranted in calculation of IW at high pressures, after FeO undergoes a transition from an insulator to a conductor and where low spin Fe2+is stabilized, as the present model does not incorporate the effects of these transitions on the IW buffer.
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