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Primordial metallic melt in the deep mantle

Résumé

Seismic tomography models reveal two large low shear velocity provinces (LLSVPs) that identify large-scale variations in temperature and composition in the deep mantle. Other characteristics include elevated density, elevated bulk sound speed, and sharp boundaries. We show that properties of LLSVPs can be explained by the presence of small quantities (0.3-3%) of suspended, dense Fe-Ni-S liquid. Trapping of metallic liquid is demonstrated to be likely during the crystallization of a dense basal magma ocean, and retention of such melts is consistent with currently available experimental constraints. Calculated seismic velocities and densities of lower mantle material containing low-abundance metallic liquids match the observed LLSVP properties. Small quantities of metallic liquids trapped at depth provide a natural explanation for primitive noble gas signatures in plume-related magmas. Our model hence provides a mechanism for generating large-scale chemical heterogeneities in Earth's early history and makes clear predictions for future tests of our hypothesis.

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Concepts associés (35)
Panache (géologie)
vignette|L'archipel d'Hawaï montre ses volcans alimentés par le point chaud, manifestation en surface de l'activité d'un panache. Un panache est, en géologie, une remontée de roches anormalement chaudes, provenant du manteau terrestre. Comme la partie haute des panaches peut fondre partiellement en atteignant des profondeurs faibles, ils sont souvent à l'origine de centres magmatiques tels que les points chauds, et peuvent être à l'origine de grandes coulées basaltiques appelées trapps.
Discontinuité de Gutenberg
La discontinuité de Gutenberg ou limite noyau-manteau (en anglais, core-mantle boundary ou CMB) est une discontinuité dans la vitesse sismique qui délimite le noyau et le manteau. Elle se situe à environ de profondeur. Nommée d'après le sismologue Beno Gutenberg, elle est aussi parfois appelée « interface noyau-manteau » ou CMB (anglais core-mantle boundary). Au niveau de cette discontinuité, le rapport pression/température permet la fusion des roches du manteau, grâce notamment à la cristallisation du noyau de fer liquide.
Manteau terrestre
thumb|300px|Structure de la Terre. 1. croûte continentale, 2. croûte océanique, 3. Manteau supérieur, 4. Manteau inférieur, 5. noyau externe, 6. noyau interne, A : Discontinuité de Mohorovicic, B : Discontinuité de Gutenberg, C : Le manteau terrestre est la couche intermédiaire entre le noyau terrestre et la croûte terrestre. Il représente 82 % du volume de la Terre et environ 65 % de sa masse. Il est séparé de la croûte par la discontinuité de Mohorovičić (terme fréquemment abrégé en Moho), et du noyau par la discontinuité de Gutenberg.
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High Sodium Solubility in Magnesiowüstite in Iron-Rich Deep Lower Mantle

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Both seismic observations of dense low shear velocity regions and models of magma ocean crystallization and mantle dynamics support enrichment of iron in Earth’s lowermost mantle. Physical properties of iron-rich lower mantle heterogeneities in the modern ...
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