Dünya’nın milyarlarca yıl önce bir magma okyanusunun gezegenin yüzeyini kapladığı ve çekirdeğin binlerce kilometre derinliğine kadar uzandığı oluşumunun bir bölümünde var olduğu halinin bir örneği. FSU araştırmacıları tarafından atomların göreli konumlarıyla yürütülen bir simülasyondan elde edilen tipik bir hücre solda gösterilmektedir. Kaynak: Suraj Bajgain / Lake Superior Eyalet Üniversitesi
Dünya’nın oluşumunun ilk aşamalarında, “magma okyanusu” olarak bilinen büyük bir erimiş kaya okyanusu gezegenin yüzeyini kapladı ve çekirdeğinin derinliklerine kadar nüfuz etti. Bu “magma okyanusunun” soğuma hızı, Dünya’nın katmanlı yapısının şekillenmesinde ve bu katmanların kimyasal bileşiminin belirlenmesinde çok önemli bir rol oynadı.
Önceki araştırmalar, bunun oluşmasının yüz milyonlarca yıl sürdüğünü öne sürmüştü. magma okyanusu katılaşacak, ancak Florida Eyalet Üniversitesi’nden Nature Communications’da yayınlanan yeni araştırma, bu belirsizlikleri yalnızca birkaç milyon yıldan daha az bir süreye indirdi.
“Bu magma okyanusu, Dünya tarihinin önemli bir parçası olmuştur ve Bu çalışma, gezegenle ilgili bazı temel soruları yanıtlamamıza yardımcı oluyor,” dedi. Bu kristallerin nerede son bulduğu, magmanın ne kadar viskoz olduğuna ve kristallerin nispi yoğunluğuna bağlıdır. Daha yoğun olan kristallerin batması ve böylece kalan magmanın bileşimini değiştirmesi muhtemeldir. Magmanın katılaşma hızı, ne kadar viskoz olduğuna bağlıdır. Daha az viskoz magma daha hızlı soğumaya neden olurken, daha kalın kıvama sahip bir magma okyanusunun soğuması daha uzun zaman alacaktır.
Bu araştırma gibi, önceki çalışmalarda da yüksek basınçları simüle etmek için fizik ve kimyanın temel ilkeleri kullanılmıştır ve Dünyanın derinliklerindeki sıcaklıklar. Bilim adamları ayrıca bu aşırı koşulları simüle etmek için deneyler kullanırlar. Ancak bu deneyler, Dünya’nın daha sığ derinliklerinde var olan daha düşük basınçlarla sınırlıdır. Magma okyanusunun, basıncın deneylerin oluşturabileceğinden üç kat daha yüksek olabileceği derinliklere kadar uzandığı, gezegenin erken tarihinde var olan senaryoyu tam olarak yakalayamıyorlar.
Mookherjee, bu sınırlamaların üstesinden gelmek için ve ortak çalışanlar, simülasyonlarını FSU’daki yüksek performanslı bilgi işlem tesisinde ve Ulusal Bilim Vakfı bilgi işlem tesisinde altı aya kadar çalıştırdılar. Bu, önceki çalışmadaki istatistiksel belirsizliklerin çoğunu ortadan kaldırdı.
“Dünya büyük bir gezegendir, bu nedenle derinlikte basınç muhtemelen çok yüksek olacaktır,” dedi FSU’da eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Suraj Bajgain. şu anda Lake Superior Eyalet Üniversitesi’nde misafir yardımcı doçenttir. “Yüzeydeki magmanın viskozitesini bilsek bile, bu bize magmanın yüzlerce kilometre altındaki viskozitesini söylemez. Bunu bulmak çok zor.”
Araştırma, Dünya’nın alt mantosunda bulunan kimyasal çeşitliliği açıklamaya da yardımcı oluyor. Okyanus tabanının dibindeki sırtlardan ve Hawaii ve İzlanda gibi volkanik adalardan gelen lav örnekleri – magmanın Dünya yüzeyini yarıp geçmesine verilen isim – benzer görünümlere ancak farklı kimyasal bileşimlere sahip bazaltik kayaya kristalleşir. uzun süredir Dünya bilim adamlarının kafası karışmıştı.
“Neden farklı kimyaları veya kimyasal sinyalleri var?” dedi Mookherjee. Magma, Dünya yüzeyinin altından kaynaklandığına göre, bu, oradaki magmanın kaynağının kimyasal çeşitliliğe sahip olduğu anlamına gelir. Bu kimyasal çeşitlilik en başta nasıl başladı ve jeolojik zaman boyunca nasıl hayatta kaldı?”
Mantodaki kimyasal çeşitliliğin başlangıç noktası, Dünya’nın erken tarihinde bir magma okyanusu ile başarılı bir şekilde açıklanabilir. düşük viskoziteli. Daha az viskoz magma, içinde asılı duran kristallerin hızla ayrılmasına yol açtı, bu işlem genellikle fraksiyonel kristalleşme olarak anılır. Bu, magma içinde tek tip bir bileşim yerine farklı kimyaların bir karışımını yarattı.
Referans: “Bazaltik eriyiğin taşıma özelliklerinden magma okyanus dinamiklerine ilişkin içgörüler” yazan Suraj K. Bajgain, Aaron Wolfgang Ashley, Mainak Mookherjee, Dipta B. Ghosh ve Bijaya B. Karki, 8 Aralık 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-35171-y
Çalışma, Ulusal Bilim Vakfı.