Des chercheurs de l'Université de la Saskatchewan, Canada, avec leurs collaborateurs de l'Université de technologie du Zhejiang, Chine, et RIKEN Center for Computational Science, Japon, a fait des progrès significatifs en contrôlant l'âge des océans de magma de la Terre primitive. Les résultats ont été publiés récemment dans Communication Nature .

Les propriétés de transport telles que la diffusivité et la viscosité des fontes ont dicté l'évolution des premiers océans de magma de la Terre. Dans ce travail, les auteurs ont exploré l'évolution de la pression des structures, densités, et les propriétés de transport d'un modèle réaliste de fonte basaltique. Ce modèle de fonte basaltique se composait de CaO, MgO, Al 2 O 3 , et SiO 2 . Les calculs ont été effectués à l'aide de simulations de dynamique moléculaire de premier principe imitant les conditions de pression et de température du manteau terrestre. L'équipe de recherche dirigée par le professeur John S. Tse du Département de physique et de génie physique de l'Université de la Saskatchewan a trouvé des anomalies sous la forme d'une inversion des propriétés de transport (diffusion et viscosité) dans les conditions du manteau inférieur. Cette inversion a été attribuée aux interactions atomiques temporelles à haute pression qui sont fluxionnelles et fragiles.

Les liaisons silicium-oxygène et aluminium-oxygène sont des facteurs décisifs qui ont conduit aux conclusions des propriétés de transport. Dans ce travail, les chercheurs ont observé qu'à des pressions à peu près supérieures à 50 GPa, les liens deviennent très fragiles et continuent à se rompre très fréquemment avec le temps. Il y a une interconversion extrêmement rapide entre cinq, six, et une coordination sept fois supérieure des atomes de silicium et d'aluminium par rapport aux atomes d'oxygène. Ce comportement fluxionnel des liaisons devrait modifier les propriétés de transport en améliorant la diffusivité et en réduisant la viscosité à cette plage de pression.

La viscosité est un paramètre très important qui contrôlait pratiquement tous les processus dynamiques dans les premiers océans magmatiques de la Terre. Il est généralement admis que les océans magmatiques sont responsables de la formation du noyau métallique et du manteau de silicate par différenciation ainsi que de l'atmosphère et de l'hydrosphère par dégazage. Précédemment, il a été suggéré que les échelles de temps de cristallisation du magma océanique varient de milliers à des millions d'années. Ce nombre dépend de la viscosité du magma. Auparavant, on supposait que la viscosité était très élevée, prédisant ainsi des échelles de temps d'environ 100 à 200 millions d'années pour les océans de magma. Des études plus récentes utilisant différentes hypothèses ont réduit les échelles de temps des océans magmatiques à quelques millions d'années. Nos calculs avec la tendance inversée à ~50-82 GPa prédisent des magnitudes de viscosité de ~0,1 Pa.s pour les fontes basaltiques dans la plupart des conditions du manteau inférieur. Cela fournit un support pour les courtes échelles de temps des océans de magma à quelques millions d'années.

"Nous avons non seulement réussi à contraindre les courtes échelles de temps des océans magmatiques à quelques millions d'années, mais nous avons également fourni une explication alléchante pour les déviations horizontales des superplumes à environ 1000 km sous la surface de la Terre, " a déclaré John S. Tse.