В процессе формирования Земля разогревалась и расслоилась. Образовалось металлическое ядро, над ним — жидкая мантия, а сверху — тонкая силикатная кора. Как затвердевал расплав — неизвестно. Новые расчеты показали, что неважно: в конце остывания у границы ядра и мантии должен был образоваться магматический океан.
В течение первых сорока миллионов лет существования Земли, как полагают, имелся глобальный магматический океан. Об этом говорят изотопные аномалии магматических пород и состав благородных газов, обнаруженных в вулканических породах.
Застывание глобального мантийного океана оставило отпечаток в истории Земли. Ранние слои силикатов и широкие провинции Внизу мантия с медленными сейсмическими волнами и малыми . зоны сверхнизких скоростей.
Геохимические и сейсмические наблюдения указывают на то, что последние фрагменты магматического океана располагались глубоко внутри планеты, выше границы ядра и мантии. Однако классическая модель магматических океанов предполагает охлаждение снизу с формированием твердой фракции снизу вверх. Альтернативный сценарий описывает начало охлаждения в середине мантии, разделяя океан. Верхняя часть кристаллизовалась быстрее из-за эффективного остывания от поверхности, а нижняя — медленнее, выводя остатки расплава к границе с ядром.
Образование твердой мантии зависело от термодинамических свойств расплава: место выделения твердой фазы и накопление твердой и жидкой фаз имели значение. Важно было также разделение фаз. Отделение твердых кристаллов от расплава приводило к неоднородностям в застывшей мантии, иначе она застывала как единое целое.
В поздние этапы застывания магматического океана, когда твердых кристаллов становится много, обращали мало внимания. Исследователи из Франции и Канады решили восполнить этот пробел. опубликована в журнале Nature.
Исследователи использовали новую геодинамическую модель вязкой среды совместно с программой Бомбари для изучения процессов в земной мантии, в особенности тех, которые связаны с глубокими аномалиями сейсмических волн.
Моделирование выявило, что базальный магматический океан возник у границы ядра и мантии в процессе накопления твердой фазы, богатой FeO, и жидкой. При этом кристаллы FeO лучше перемещались, а более плотный расплав, также богатый FeO, тонул. На финальной стадии затвердевания удалось сформировать структуры, похожие на сейсмические аномалии в нижней мантии.
Исследователи изучили самые неблагоприятные условия формирования базального магматического океана. Даже при таких условиях на финальной стадии, когда магма превратилась в густую массу кристаллов и расплава, его образование неизбежно. Такой сценарий, вероятно, характерен для Земли и планет подобного типа. Сейчас эволюция магматического океана представляется гораздо более сложной, что нужно учитывать в будущих моделях.