Ученые выяснили, как развивались магматические океаны на ранней Земле и Марсе
До того, как Земля стала голубой планетой, ее поглотил совершенно иной океан: огромный, глубокий океан магмы, простирающийся на сотни, а может быть, даже тысячи километров.
По мере того, как ранний магматический океан Земли охлаждался и затвердевал, различные типы минералов кристаллизовались с разной скоростью, поэтому химический состав расплавленной породы со временем менялся. И по мере того, как магма выделяла газы в раннюю атмосферу Земли, химический состав атмосферы также менялся.
Во время своего формирования Марс и многие другие каменистые планеты прошли через похожие стадии магматического океана. Однако, поскольку все это произошло в далеком прошлом для Земли и Марса — и в далеком космосе для более молодых каменистых планет — очень трудно узнать точно, как все это произошло. Однако информация о химическом составе ранних атмосфер каменистых планет сохранилась в нереакционноспособных благородных газах.
Теперь Шефер и его команда представляют новые модели, имитирующие то, как магматические океаны Земли и Марса могли измениться с течением времени по мере их кристаллизации, используя эти атмосферные подсказки и информацию о химии железа. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets .
Модели включают новые расчеты, которые фиксируют, как двухвалентное (восстановленное) и трехвалентное (окисленное) железо ведут себя при кристаллизации магмы в мантии. Исследовательская группа протестировала модель с различными начальными глубинами магматического океана и химическим составом, чтобы увидеть, какая комбинация создаст атмосферы, которые, как они знают, существовали вокруг ранней Земли и Марса.
Исследователи обнаружили, что для Земли модели, которые начинаются с неглубокого магматического океана, превосходят модели, которые начинаются с полностью расплавленной мантии. Неглубокий магматический океан может указывать либо на мантию, которая была лишь частично расплавлена, либо на полностью расплавленную мантию, которая начала затвердевать с середины, при этом самые внутренние и самые внешние слои оставались расплавленными в течение некоторого времени.
Что касается Марса, ни одна из моделей не совпала с результатами предыдущих исследований ранней атмосферы Красной планеты, если только первоначальный состав магмы не содержал более низкого уровня трехвалентного железа, чем предполагалось.
Эти результаты ведут к более глубокому пониманию того, как формируются каменистые планеты, такие как Земля и Марс, а также подчеркивают необходимость дополнительных экспериментальных исследований поведения железа в расплавленной породе.