地球之謎：研究人員預(yù)測(cè)古代巖漿海洋凝固的速度
這是地球在數(shù)十億年前形成時(shí)的樣子，當(dāng)時(shí)巖漿的研究預(yù)測(cè)巖漿海洋覆蓋了地球的表面，并延伸到數(shù)千英里深的古代地核。左邊顯示的海洋是一個(gè)典型的細(xì)胞，它是凝固由FSU大學(xué)的研究人員模擬的，顯示了原子的地球的速度相對(duì)位置。Credit: Suraj K. Bajgain / / Lake Superior State University
（神秘的研究預(yù)測(cè)巖漿地球uux.cn）據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（by Bill Wellock, Florida State University）：在地球形成的早期，巖漿的古代海洋覆蓋了地球的表面，并延伸到數(shù)千英里深的海洋核心。“巖漿海洋”冷卻的凝固速度影響了行星內(nèi)不同層的形成以及這些層的化學(xué)組成。
以前的地球的速度研究估計(jì)巖漿海洋需要數(shù)億年才能凝固，但佛羅里達(dá)州立大學(xué)發(fā)表在《自然通訊》上的研究預(yù)測(cè)巖漿新研究將這些巨大的不確定性縮小到不到幾百萬(wàn)年。
地球、古代海洋和大氣科學(xué)系的海洋地質(zhì)學(xué)副教授Mainak Mookherjee說(shuō):“這個(gè)巖漿海洋是地球歷史的重要組成部分，這項(xiàng)研究有助于我們回答關(guān)于地球的凝固一些基本問(wèn)題。”
當(dāng)巖漿冷卻時(shí)，它形成晶體。這些晶體的最終位置取決于巖漿的粘性和晶體的相對(duì)密度。密度較大的晶體可能會(huì)下沉，從而改變剩余巖漿的成分。巖漿凝固的速度取決于它的粘性。粘度較低的巖漿會(huì)導(dǎo)致更快的冷卻，而濃度較高的巖漿海洋則需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)冷卻。
像這項(xiàng)研究一樣，以前的研究使用物理和化學(xué)的基本原理來(lái)模擬地球內(nèi)部深處的高壓和高溫。科學(xué)家也用實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬這些極端條件。但是這些實(shí)驗(yàn)僅限于較低的壓力，這種壓力存在于地球內(nèi)部較淺的深度。他們沒(méi)有完全捕捉到地球早期歷史中存在的場(chǎng)景，在那里，巖漿海洋延伸到深度，壓力可能比實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟佻F(xiàn)的壓力高三倍。
為了克服這些限制，Mookherjee和他的合作者在FSU的高性能計(jì)算設(shè)施以及國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的計(jì)算設(shè)施中運(yùn)行了長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月的模擬。這消除了以前工作中的許多統(tǒng)計(jì)不確定性。
“地球是一個(gè)巨大的星球，所以在深度上，壓力可能非常高，”FSU大學(xué)前博士后研究員、現(xiàn)為蘇必利爾湖州立大學(xué)客座助理教授的Suraj Bajgain說(shuō)。“即使我們知道地表巖漿的粘度，也無(wú)法告訴我們數(shù)百公里以下的粘度。找到這一點(diǎn)非常具有挑戰(zhàn)性。”
這項(xiàng)研究也有助于解釋在地球下地幔中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)多樣性。熔巖樣本——巖漿突破地球表面后的名稱(chēng)——來(lái)自海底山脊和夏威夷及冰島等火山島，結(jié)晶成外觀相似但化學(xué)成分不同的玄武巖，這種情況長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著地球科學(xué)家。
"為什么它們有不同的化學(xué)成分或化學(xué)信號(hào)？"穆克吉說(shuō)。“由于巖漿起源于地球表面之下，這意味著那里的巖漿來(lái)源具有化學(xué)多樣性。這種化學(xué)多樣性最初是如何開(kāi)始的，它是如何在地質(zhì)時(shí)期幸存下來(lái)的？”
地幔化學(xué)多樣性的起點(diǎn)可以用地球早期歷史中一個(gè)低粘度的巖漿海洋來(lái)成功解釋。粘度較低的巖漿導(dǎo)致懸浮在其中的晶體快速分離，這一過(guò)程通常被稱(chēng)為分離結(jié)晶。這在巖漿中產(chǎn)生了不同化學(xué)成分的混合物，而不是單一的成分。
來(lái)自FSU的博士生Aaron Wolfgang Ashley以及來(lái)自路易斯安那州立大學(xué)地質(zhì)和地球物理系的Dipta Ghosh和Bijaya Karki是本文的共同作者。
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