Когато нашата планета току-що се е формирала от първичното вещество на Слънчевата система, нейната вътрешност започнала да се нагрява интензивно и да се разслоява. Във вътрешността ѝ се образувало метално ядро, а над него – течна мантия, покрита с тънка силикатна кора. Все още няма консенсус за това как е изстивала планетата – от горе надолу или обратно. Нови изчисления показват, че това няма значение: дори в най-лошия сценарий на границата между ядрото и мантията трябва да се е появил магмен океан.
Счита се за практически доказано, че в процеса на формиране на планети от земен тип те са преминали през етапа на глобален магмен океан. Неговото съществуване през първите 100 милиона години от историята на Земята е доказано от изотопни аномалии в магмени скали и анализ на включвания на благороден газ във вулканични скали.
ОЩЕ: Останките от древна планета лежат дълбоко в Земята (ВИДЕО)
Процесът на изстиване на глобалния мантиен океан се е отразил в геоложката история на планетата. За това свидетелстват ранни признаци на разслояване на силикатите, както и от обширни провинции в долната мантия с ниски скорости на срязващи вълни и неголеми зони със свръхниски скорости.
Kay Lancaster / University of Liverpool
Геохимичните и сеизмичните наблюдения показват, че последните остатъци от магмения океан трябва да се намират дълбоко в недрата на Земята, над границата между ядрото и мантията. Това обаче противоречи на класическия модел на магматичните океани, при който изстиването е ставало отдолу и докато стопилката е кристализирала, твърдата фракция е нараствала от долу нагоре. По алтернативния сценарий изстиването е започнало в средата на мантията, разделяйки океана. Горната част е кристализирала по-бързо поради ефективното изстиване от повърхността, а долната – по-бавно, изтласквайки остатъците от стопилката до границата с ядрото.
ОЩЕ: Причината за движението на континентите е открита между мантиите на Земята
Върху образуването на твърдата мантия са повлияли термодинамичните свойства на стопилката, главно там, където е протичало отделянето на твърдата фаза и където се натрупвали твърда и течна фаза. Също толкова важно е колко ефективно са се разделили двете фази. Ако твърдите кристали са се отделили от стопилката, то в изстиналата мантия ще бъдат видими химически нееднородности. В противен случай тя ще застине като едно цяло.
По-късните етапи на втвърдяване на магмения океан, когато делът на твърдите кристали е значителен, са получили по-малко внимание. Изследователи от Франция и Канада решихли да запълнят празнината. Тяхната статия е публикувана в списание Nature.
Авторите приложили нов геодинамичен подход към вискозна среда в комбинация с кода Бамбари. Това е програма е за моделиране на процеси в мантията на Земята, особено свързани с дълбоки аномалии на сеизмични вълни.
ОЩЕ: Чудовищни структури дълбоко под Тихия океан застрашават стабилността на магнитното поле на Земята
Числени симулации на втвърдяването на земната мантия от гъста магма: a-c — начален етап, d-f — ранен етап, g-i — късен етап. J–l — последен етап. Charles-Édouard Boukaré et al., Nature, 2025
Моделирането показало, че базалният магмен океан се е формирал на границата между ядрото и мантията в процес на натрупване на твърда, богата на FeO фаза и течна фаза. При това кристалите FeO по-лесно се пренасочвали, а богатата на FeO стопилка, тъй като била по-плътна, потънала. На последния стадий на изстиване се получили структури, подобни на наблюдаваните сеизмични аномалии в долната мантия.
ОЩЕ: Кога земните плочи са се разделили и са започнали своето движение?
Учените са разгледали най-лошите условия за образуване на базален магмен океан. Дори в този случай на последния стадий, когато магмата се е превърнала в гъста каша от кристали и остатъчна стопилка, той неизбежно ще възникне. Това, изглежда, е типичен сценарий за Земята и подобни на нея планети. Еволюцията на магмения океан сега изглежда много по-сложна и това трябва да се отчита в следващите модели.
