(Izquierda) Poliedros de enlaces Al – O que muestran la transición de 0 a 82 GPa a través de 30 y 50 GPa a 2200 K. [4] Al, [5] Al, [6] Al y [7] Al son los cuatro, cinco, seis, y siete átomos de Al coordinados. (Derecha) Coeficiente de viscosidad del modelo de fusión basáltica a 2200 K en función de la presión. Crédito:Universidad de Saskatchewan
Investigadores de la Universidad de Saskatchewan, Canadá, junto con sus colaboradores en la Universidad Tecnológica de Zhejiang, Porcelana, y el Centro RIKEN de Ciencias Computacionales, Japón, hizo avances significativos en la limitación de la edad de los océanos de magma de la Tierra primitiva. Los resultados se publicaron recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
Las propiedades de transporte como la difusividad y la viscosidad de las masas fundidas dictaron la evolución de los primeros océanos de magma de la Tierra. En este trabajo, los autores han explorado la evolución de la presión de las estructuras, densidades, y propiedades de transporte de un modelo de fusión basáltica realista. Este modelo de fusión basáltica consistió en CaO, MgO, Alabama 2 O 3 , y SiO 2 . Los cálculos se realizaron utilizando simulaciones de dinámica molecular de primer principio que imitan las condiciones de presión y temperatura del manto de la Tierra. El equipo de investigación dirigido por el profesor John S. Tse del Departamento de Física e Ingeniería Física de la Universidad de Saskatchewan encontró anomalías en forma de inversión de las propiedades de transporte (difusión y viscosidad) en las condiciones del manto inferior. Esta inversión se ha atribuido a interacciones atómicas temporales a alta presión que son fluxionales y frágiles.
Los enlaces silicio-oxígeno y aluminio-oxígeno son factores decisivos que llevaron a las conclusiones de las propiedades de transporte. En este trabajo, los investigadores observaron que a presiones aproximadamente superiores a 50 GPa, los lazos se vuelven muy frágiles y continúan rompiéndose con mucha frecuencia con el tiempo. Existe una interconversión extremadamente rápida entre cinco, seis, y siete veces la coordinación de los átomos de silicio y aluminio con respecto a los átomos de oxígeno. Se espera que este comportamiento de flujo de los enlaces modifique las propiedades de transporte mejorando la difusividad y reduciendo la viscosidad en ese rango de presión.
La viscosidad es un parámetro muy importante que controlaba prácticamente todos los procesos dinámicos en los océanos de magma de la Tierra primitiva. Se acepta generalmente que los océanos de magma son responsables de la formación del núcleo metálico y el manto de silicato a través de la diferenciación, así como la atmósfera y la hidrosfera a través de la desgasificación. Previamente, Se sugirió que las escalas de tiempo de la cristalización del océano de magma varían de miles a millones de años. Este número depende de la viscosidad del magma. Anteriormente se asumió que la viscosidad era muy alta, prediciendo escalas de tiempo de ~ 100 a 200 millones de años para los océanos de magma. Estudios más recientes que utilizan diferentes supuestos han reducido las escalas de tiempo de los océanos de magma a unos pocos millones de años. Nuestros cálculos con la tendencia inversa en ~ 50-82 GPa predicen las magnitudes de viscosidad de ~ 0.1 Pa s para derretimientos basálticos en la mayoría de las condiciones del manto inferior. Esto proporciona soporte para escalas de tiempo cortas de los océanos de magma en unos pocos millones de años.
"No solo hemos limitado con éxito las escalas de tiempo cortas de los océanos de magma en unos pocos millones de años, sino que también hemos proporcionado una explicación tentadora de las desviaciones horizontales de las superplumas a unos 1000 km por debajo de la superficie de la Tierra, "dijo John S. Tse.
