Opšte je prihvaćeno da se rana Zemlja uglavnom sastojala od rastopljene magme, formirajući globalni okean magme. Ovo ekstremno stanje Zemlje je verovatno uzrokovano intenzivnom toplotom koja je nastala usled akrecionih udara, što znači sudar manjih nebeskih tela sa Zemljom. Razumevanje formiranja ovog okeana magme je ključno za razumevanje formiranja Zemlje.
Glavni problem sa trenutnim modelima formiranja okeana magme je nedostatak konsenzusa o temperaturama topljenja stena dubokog plašta. Modeli koji objašnjavaju formiranje Zemljinog jezgra koriste određeni skup eksperimentalnih podataka za procenu temperatura topljenja plašta, ali nedavni eksperimenti su pokazali da se ove temperature mogu razlikovati za 200–250 °C od prethodno prihvaćenih podataka.
Neke studije pokazuju da fugativnost kiseonika, ili količina kiseonika dostupna u omotaču, može snažno uticati na temperature topljenja stena dubokog omotača, što je zauzvrat moglo uticati na formiranje okeana magme. Smatra se da se fugabilnost kiseonika plašta povećala tokom akrecije, formiranja jezgra i naknadne evolucije plašta; međutim, efekat ovog povećanja na temperature topljenja materijala dubokog omotača ostaje nejasan.
Rešavajući ovu prazninu, tim istraživača predvođen vanrednim profesorom Takaiukijem Išijem sa Instituta za planetarne materijale na Univerzitetu Okaiama, Japan i dr Janhao Linom iz Centra za napredna istraživanja nauke i tehnologije visokog pritiska, Kina, istražio je efekte fugibilnosti kiseonika o formiranju okeana magme tokom rane evolucije Zemlje.
„Na evoluciju rane Zemlje u velikoj meri je uticala fugativnost kiseonika, što može zahtevati preispitivanje trenutnih modela. U tom cilju, procenili smo efekat fugativnosti kiseonika na temperature topljenja materijala dubokog omotača kako bismo ograničili uslove na dnu duboki kopneni okean magme“, objašnjava prof. Išii.
U studiji su takođe učestvovali profesor Vim van Vestrenen sa Odeljenja za nauke o Zemlji, Prirodno-matematičkog fakulteta na Vrije Universiteit Amsterdam, Holandija, profesor Tomoo Katsura sa Baierisches Geoinstituta, Univerziteta u Bajrojtu, Nemačka, i dr Ho-Kvang Mao iz Centra za Napredna istraživanja nauke i tehnologije visokog pritiska, Kina. Objavljeno je na mreži u časopisu Nature Geoscience 16. jula 2024.
Istraživači su sproveli eksperimente topljenja na pritiscima od 16–26 Gigapaskala, slično dubinama omotača između 470 km i 720 km, pri visokim fugacijama kiseonika, na pirolitu plašta, materijalnom sastavu koji predstavlja Zemljin omotač. Rezultati su otkrili da su u ovom opsegu pritiska temperature topljenja opadale sa povećanjem fugativnosti kiseonika i bile su za najmanje 230–450 °C niže od onih iz eksperimenata sprovedenih na niskim fugacijama kiseonika.
Uz pretpostavku konstantne temperature za okean magme, ovo implicira da se dno magme okeana produbljuje za oko 60 km za svaku logaritamsku jedinicu povećanja fugativnosti kiseonika u plaštu. Ovaj snažan uticaj fugativnosti kiseonika na topljenje plašta sugeriše da je potrebna ponovna procena aktuelnih modela za ranu termičku evoluciju Zemlje i formiranje jezgra.
Štaviše, ovi rezultati takođe mogu da objasne očiglednu neslaganje između niske fugabilnosti kiseonika predviđene za formiranje dubokog plašta Zemlje nakon formiranja jezgra i visoke fugacije kiseonika uočenih u magmatskim stenama starijim od 3 milijarde godina, nastalih topljenjem dubokog omotača.
„Osim formiranja Zemlje, naša otkrića o zavisnosti temperature topljenja od fugativnosti kiseonika takođe se mogu primeniti na razumevanje formiranja drugih stenovitih planeta koje mogu da podrže ljudski život“, primećuje dr Lin, naglašavajući potencijalni uticaj studije. On dodaje: „Na primer, ovi rezultati mogu poboljšati naše razumevanje Marsa, što je nedavno vruća tema u vezi sa životnošću ljudi.“
