Des chercheurs prédisent à quelle vitesse l’ancien océan de magma s’est solidifié

Des recherches antérieures ont estimé qu’il a fallu des centaines de millions d’années pour que l’océan de magma se solidifie, mais de nouvelles recherches de la Florida State University publiées dans Communication Nature Ces grandes incertitudes se réduisent à un peu moins de deux millions d’années.

« Cet océan de magma a été une partie importante de l’histoire de la Terre, et cette étude nous aide à répondre à certaines questions fondamentales sur la planète », a déclaré Minak Mukherjee, professeur agrégé de géologie au Département des sciences de la Terre, des océans et de l’atmosphère.

Lorsque le magma se refroidit, il forme des cristaux. L’endroit où ces cristaux se retrouvent dépend de la viscosité du magma et de la densité relative des cristaux. Les cristaux les plus denses sont susceptibles de couler et donc de modifier la composition du magma restant. La vitesse de solidification du magma dépend de sa viscosité. Un magma moins visqueux se refroidira plus rapidement, tandis qu’un océan de magma plus épais mettra plus de temps à se refroidir.

Comme cette recherche, des études antérieures ont utilisé des principes de base de la physique et de la chimie pour simuler les hautes pressions et températures dans l’intérieur profond de la Terre. Les scientifiques utilisent également des expériences pour simuler ces conditions extrêmes. Mais ces expériences sont limitées à des pressions plus basses, qui se trouvent à de faibles profondeurs à l’intérieur de la Terre. Ils ne capturent pas complètement le scénario qui existait au début de l’histoire de la planète, où l’océan de magma s’étendait à des profondeurs où les pressions étaient probablement trois fois supérieures à ce que les expériences pouvaient reproduire.

Pour contourner ces limitations, Mookherjee et ses collaborateurs ont exécuté leurs simulations pendant jusqu’à six mois dans l’installation de calcul haute performance de FSU ainsi que dans une installation informatique de la National Science Foundation. Cela a éliminé une grande partie de l’incertitude statistique dans les travaux antérieurs.

« La Terre est une grande planète, donc la pression est susceptible d’être très élevée en profondeur », a déclaré Suraj Bajin, un ancien chercheur postdoctoral de la Florida State University qui est maintenant professeur adjoint invité à la Lake Superior State University. « Même si nous connaissons la viscosité du magma à la surface, cela ne nous renseigne pas sur la viscosité à des centaines de kilomètres en dessous. Il est très difficile de déterminer cela. »

La recherche aide également à expliquer la diversité chimique trouvée dans le manteau inférieur de la Terre. Des échantillons de lave – le nom du magma après avoir pénétré la surface de la Terre – se cristallisent depuis les collines au fond de l’océan et sur des îles volcaniques telles qu’Hawaï et l’Islande en roches basaltiques d’apparences similaires mais de compositions chimiques distinctes, une condition qui a longtemps déconcerté Scientifiques de la Terre.

« Pourquoi ont-ils des signaux chimiques ou chimiques distincts? » dit Mukherjee. « Puisque le magma provient de sous la surface de la Terre, cela signifie que la source du magma là-bas a une diversité chimique. Comment cette diversité chimique a-t-elle commencé en premier lieu et comment a-t-elle survécu au cours des temps géologiques ? »

Le point de départ de la diversité chimique dans le manteau peut être expliqué avec succès par l’océan de magma au début de l’histoire de la Terre avec une faible viscosité. Le magma moins visqueux a conduit à la séparation rapide des cristaux en suspension à l’intérieur, un processus souvent appelé cristallisation partielle. Cela a créé un mélange de chimie différente dans le magma, plutôt qu’une composition uniforme.

Le doctorant Aaron Wolfgang Ashley de la Florida State University ainsi que Deepa Ghosh et Bijaya Karkey du Département de géologie et de géophysique de LSU ont co-écrit cet article.

Ce travail a été financé par la National Science Foundation.