Al principio de la formación de la Tierra, un océano de magma cubrió la superficie del planeta y se extendió a miles de kilómetros de profundidad en su núcleo. El efecto de la tasa de enfriamiento del «océano de magma» en la formación de distintas capas dentro de la Tierra y la composición química de esas capas.
Investigaciones anteriores estimaron que el océano de magma tardó cientos de millones de años en solidificarse, pero una nueva investigación de la Universidad Estatal de Florida publicada en Comunicaciones de la naturaleza Estas grandes incertidumbres se reducen a poco menos de dos millones de años.
«Este océano de magma ha sido una parte importante de la historia de la Tierra, y este estudio nos ayuda a responder algunas preguntas fundamentales sobre el planeta», dijo Minak Mukherjee, profesor asociado de geología en el Departamento de Ciencias de la Tierra, el Océano y la Atmósfera.
Cuando el magma se enfría, forma cristales. El lugar donde terminen estos cristales depende de qué tan viscoso sea el magma y la densidad relativa de los cristales. Es probable que los cristales más densos se hundan y, por lo tanto, cambien la composición del magma restante. La velocidad de solidificación del magma depende de qué tan viscoso sea. El magma menos viscoso se enfriará más rápido, mientras que un océano de magma más espeso tardará más en enfriarse.
Al igual que esta investigación, estudios previos han utilizado principios básicos de física y química para simular las altas presiones y temperaturas en el interior profundo de la Tierra. Los científicos también usan experimentos para simular estas condiciones extremas. Pero estas experiencias se limitan a presiones más bajas, que se encuentran a poca profundidad dentro de la Tierra. No capturan completamente el escenario que existió en la historia temprana del planeta, donde el océano de magma se extendía a profundidades donde las presiones eran probablemente tres veces más altas de lo que los experimentos podían reproducir.
Para sortear estas limitaciones, Mookherjee y sus colaboradores realizaron sus simulaciones durante un máximo de seis meses en las instalaciones informáticas de alto rendimiento de la FSU, así como en las instalaciones informáticas de la Fundación Nacional de Ciencias. Esto eliminó gran parte de la incertidumbre estadística en trabajos anteriores.
«La Tierra es un planeta grande, por lo que es probable que la presión sea muy alta en profundidad», dijo Suraj Bajin, ex investigador postdoctoral de la Universidad Estatal de Florida que ahora es profesor asistente visitante en la Universidad Estatal del Lago Superior. «Incluso si conocemos la viscosidad del magma en la superficie, eso no nos dice acerca de la viscosidad a cientos de kilómetros por debajo. Averiguar eso es muy difícil».
La investigación también ayuda a explicar la diversidad química que se encuentra dentro del manto inferior de la Tierra. Muestras de lava, el nombre del magma después de que penetra en la superficie de la Tierra, se cristalizan desde las colinas en el fondo del océano y en las islas volcánicas como Hawai e Islandia en rocas basálticas con apariencias similares pero composiciones químicas distintas, una condición que ha desconcertado durante mucho tiempo. Científicos de la tierra.
«¿Por qué tienen señales químicas o químicas distintas?» dijo Mukherjee. «Dado que el magma se origina debajo de la superficie de la Tierra, significa que la fuente del magma allí tiene diversidad química. ¿Cómo comenzó esta diversidad química en primer lugar y cómo ha sobrevivido a lo largo del tiempo geológico?»
El punto de partida para la diversidad química en el manto puede explicarse con éxito por el océano de magma en la historia temprana de la Tierra con baja viscosidad. El magma menos viscoso condujo a la rápida separación de los cristales suspendidos dentro de él, un proceso que a menudo se denomina cristalización parcial. Esto creó una mezcla de química diferente dentro del magma, en lugar de una composición uniforme.
El estudiante de doctorado Aaron Wolfgang Ashley de la Universidad Estatal de Florida, así como Deepa Ghosh y Bijaya Karkey del Departamento de Geología y Geofísica de LSU fueron coautores de este artículo.
Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias.