Au début de la development de la Terre, un océan de magma recouvrait la area de la planète et s’étendait sur des milliers de kilomètres de profondeur dans son noyau. La vitesse à laquelle cet “océan de magma” s’est refroidi a affecté la development de couches distinctes à l’intérieur de la Terre et la composition chimique de ces couches.
Des recherches antérieures ont estimé qu’il a fallu des centaines de millions d’années pour que cet océan de magma se solidifie, mais de nouvelles recherches de la Florida Condition University publiées dans Mother nature Communications réduisent ces grandes incertitudes à moins de quelques hundreds of thousands d’années.
“Cet océan de magma a été une partie importante de l’histoire de la Terre, et cette étude nous aide à répondre à certaines thoughts fondamentales sur la planète”, a déclaré Mainak Mookherjee, professeur agrégé de géologie au Département des sciences de la Terre, des océans et de l’atmosphère.
Lorsque le magma se refroidit, il forme des cristaux. L’endroit où ces cristaux se retrouvent dépend de la viscosité du magma et de la densité relative des cristaux. Les cristaux moreover denses sont susceptibles de couler et donc de modifier la composition du magma restant. La vitesse à laquelle le magma se solidifie dépend de sa viscosité. Un magma moins visqueux conduira à un refroidissement plus rapide, alors qu’un océan de magma avec une consistance additionally épaisse prendra in addition de temps à se refroidir.
Comme cette recherche, des études antérieures ont utilisé des principes fondamentaux de la physique et de la chimie pour simuler les hautes pressions et températures dans l’intérieur profond de la Terre. Les scientifiques utilisent également des expériences pour simuler ces situations extrêmes. Mais ces expériences sont limitées à des pressions additionally basses, qui existent à des profondeurs moins profondes dans la Terre. Ils ne capturent pas complètement le scénario qui existait au début de l’histoire de la planète, où l’océan de magma s’étendait à des profondeurs où la pression est susceptible d’être trois fois furthermore élevée que ce que les expériences peuvent reproduire.
Pour surmonter ces restrictions, Mookherjee et ses collaborateurs ont exécuté leur simulation pendant jusqu’à six mois dans l’installation de calcul haute effectiveness de la FSU ainsi que dans une installation informatique de la National Science Foundation. Cela a éliminé une grande partie des incertitudes statistiques dans les travaux antérieurs.
“La Terre est une grosse planète, donc en profondeur, la pression est prone d’être très élevée”, a déclaré Suraj Bajgain, un ancien chercheur article-doctoral à la FSU qui est maintenant professeur adjoint invité à la Lake Top-quality State University. “Même si nous connaissons la viscosité du magma à la area, cela ne nous dit pas la viscosité à des centaines de kilomètres en dessous. Trouver cela est très difficile.”
La recherche aide également à expliquer la diversité chimique trouvée dans le manteau inférieur de la Terre. Des échantillons de lave – le nom du magma après qu’il a traversé la surface de la Terre – provenant de crêtes au fond du fond de l’océan et d’îles volcaniques comme Hawaï et l’Islande se cristallisent en roche basaltique avec des apparences similaires mais des compositions chimiques distinctes, une scenario qui a longtemps laissé perplexe les scientifiques de la Terre.
« Pourquoi ont-ils une chimie ou des signaux chimiques distincts ? » dit Mookherjee. “Puisque le magma provient de sous la area de la Terre, cela signifie que la supply du magma là-bas a une diversité chimique. Comment cette diversité chimique a-t-elle commencé en premier lieu et comment a-t-elle survécu au cours des temps géologiques ?”
Le position de départ de la diversité chimique dans le manteau peut être expliqué avec succès par un océan de magma au début de l’histoire de la Terre avec une faible viscosité. Un magma moins visqueux a conduit à la séparation rapide des cristaux en suspension à l’intérieur, un processus souvent appelé cristallisation fractionnée. Cela a créé un mélange de différentes chimies dans le magma, plutôt qu’une composition uniforme.
Le doctorant Aaron Wolfgang Ashley de la FSU ainsi que Dipta Ghosh et Bijaya Karki du Département de géologie et de géophysique de la Louisiana Condition University étaient co-auteurs de cet write-up.
Ce travail a été financé par la Nationwide Science Basis.