Ученые доказали неизбежность глубинного магматического океана Земли

❋ 5.1

Когда наша планета только формировалась из первичного вещества Солнечной системы, ее недра начали интенсивно разогреваться и расслаиваться. Внутри образовалось металлическое ядро, а над ним — жидкая мантия, покрытая тонкой силикатной корой. До сих пор нет единого мнения, как затвердевал расплав — сверху вниз или наоборот. Новые расчеты показали, что это не важно: даже при самом неблагоприятном сценарии на последнем этапе остывания у границы ядра и мантии должен появиться магматический океан.

Геология

# магма

# мантия Земли

# моделирование

# эволюция планет

# ядро Земли

Внутреннее строение Земли / © Kay Lancaster, University of Liverpool

Считается практически доказанным, что в процессе формирования планеты земного типа прошли этап глобального магматического океана. О его существовании в первые 100 миллионов лет истории Земли свидетельствовали изотопные аномалии магматических пород и анализ включений благородных газов в вулканических породах.

Процесс застывания глобального мантийного океана отразился в геологической истории планеты. Об этом свидетельствуют ранние признаки расслоения силикатов, а также обширные провинции в нижней мантии с низкой скоростью сдвиговых волн и небольшие зоны сверхнизких скоростей.

Геохимические и сейсмические наблюдения показали, что последние остатки магматического океана должны были залегать глубоко в недрах, выше границы ядра и мантии. Однако этому противоречит классическая модель магматических океанов, при которой остывание шло снизу, а по мере кристаллизации расплава твердая фракция росла снизу вверх. По альтернативному сценарию, остывание началось в середине мантии, разделив океан. Верхняя часть кристаллизовалась быстрее из-за эффективного остывания с поверхности, а нижняя — медленнее, выталкивая остатки расплава к границе с ядром.

На образование твердой мантии влияли термодинамические свойства расплава, главным образом — то, где происходило выделение твердой фазы и где накапливались твердая и жидкая фазы. Так же важно, насколько эффективно разделялись обе фазы. Если твердые кристаллы отделились от расплава, то в застывшей мантии будут видны химические неоднородности. В противном случае она застынет как единое целое.

Поздним стадиям застывания магматического океана, когда доля твердых кристаллов значительна, уделяли меньше внимания. Восполнить пробел решили исследователи из Франции и Канады. Их статья об этом опубликована в журнале Nature.

Авторы применили новый геодинамический подход к вязкой среде в сочетании с кодом Бомбари. Эта программа для моделирования процессов в мантии Земли, особенно связанных с глубинными аномалиями сейсмических волн.

Численные симуляции затвердения мантии Земли из густой магмы: a-c — начальная стадия, d-f — ранняя стадия, g-i — последняя стадия. J–l — заключительная стадия / © Charles-Édouard Boukaré et al., Nature, 2025

Моделирование показало, что базальный магматический океан образовался у границы ядра и мантии в процессе накопления твердой, богатой FeO, фазы и жидкой. При этом кристаллы FeO легче переправлялись, а богатый FeO расплав, будучи плотнее, тонул. На последней стадии застывания удалось получить структуры, сходные с наблюдаемыми сейсмическими аномалиями в нижней мантии.

Ученые рассмотрели наихудшие условия для образования базального магматического океана. Даже в этом случае на последней стадии, когда магма превратилась в густую кашу из кристаллов и остаточного расплава, он неизбежно возникает. Похоже, это типичный сценарий для Земли и подобных ей планет. Теперь эволюция магматического океана представляется гораздо более сложной, и это нужно учитывать в последующих моделях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Журналист с опытом: обучалась в журнале «Химия и жизнь», работала в «Вокруг света», «Известия», «Вечерняя Москва», «ТрВ», «МК в Серпухове» и РИА Новости. За годы работы освещала темы науки, общества и культуры, стараясь излагать факты ясно и без излишних деталей. В работе предпочитает придерживаться сбалансированного и сдержанного стиля изложения.