Ricercatori dell'Università del Saskatchewan, Canada, insieme ai loro collaboratori della Zhejiang University of Technology, Cina, e RIKEN Center for Computational Science, Giappone, ha fatto progressi significativi nel limitare l'età degli oceani di magma della Terra primitiva. I risultati sono stati recentemente pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Le proprietà di trasporto come la diffusività e la viscosità dei fusi hanno dettato l'evoluzione dei primi oceani di magma della Terra. In questo lavoro, gli autori hanno esplorato l'evoluzione della pressione delle strutture, densità, e proprietà di trasporto di un modello realistico di fusione basaltica. Questo modello di fusione basaltica era costituito da CaO, MgO, Al ₂ oh ₃ , e SiO ₂ . I calcoli sono stati eseguiti utilizzando simulazioni di dinamica molecolare di primo principio che imitano le condizioni di pressione e temperatura del mantello terrestre. Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. John S. Tse del Dipartimento di Fisica e Ingegneria Fisica dell'Università del Saskatchewan ha riscontrato anomalie sotto forma di inversione delle proprietà di trasporto (diffusione e viscosità) nelle condizioni del mantello inferiore. Questa inversione è stata attribuita alle interazioni atomiche temporali ad alta pressione che sono fluxionali e fragili.

I legami silicio-ossigeno e alluminio-ossigeno sono fattori decisivi che hanno portato alle conclusioni delle proprietà di trasporto. In questo lavoro, i ricercatori hanno osservato che a pressioni all'incirca superiori a 50 GPa, i legami diventano molto fragili e continuano a rompersi molto frequentemente con il tempo. C'è un'interconversione estremamente rapida tra cinque, sei, e coordinazione settuplice degli atomi di silicio e alluminio rispetto agli atomi di ossigeno. Ci si aspetta che questo comportamento flussionale dei legami modifichi le proprietà di trasporto aumentando la diffusività e riducendo la viscosità a quell'intervallo di pressione.

La viscosità è un parametro molto significativo che controllava praticamente tutti i processi dinamici nei primi oceani di magma della Terra. Gli oceani di magma sono generalmente riconosciuti come responsabili della formazione del nucleo metallico e del mantello di silicato attraverso la differenziazione, nonché dell'atmosfera e dell'idrosfera attraverso il degassamento. In precedenza, i tempi di cristallizzazione dell'oceano di magma sono stati suggeriti per variare da migliaia a milioni di anni. Questo numero dipende dalla viscosità del magma. In precedenza si presumeva che la viscosità fosse molto elevata, prevedendo così tempi di circa 100-200 milioni di anni per gli oceani di magma. Studi più recenti che utilizzano ipotesi diverse hanno ridotto i tempi degli oceani di magma a pochi milioni di anni. I nostri calcoli con la tendenza inversa a ~50–82 GPa prevedono le magnitudini della viscosità di ~0,1 Pa s per i fusi basaltici nelle condizioni più basse del mantello. Ciò fornisce supporto per i tempi brevi degli oceani di magma a pochi milioni di anni.

"Non solo abbiamo limitato con successo le brevi scale temporali degli oceani di magma a pochi milioni di anni, ma abbiamo anche fornito una spiegazione allettante per le deviazioni orizzontali dei superpennacchi a circa 1000 km sotto la superficie terrestre, " disse John S. Tse.