Den tidiga jorden var ett infernalt ställe: het, roiling, snabbt roterande och bombarderat av rymdskräp, inklusive en Mars-storlek kropp vars påverkan skapade månen.
Samma inverkan förvandlade också hela ytan på den nybildade jorden till ett smält magmahav. Nu finner ny forskning att planetens snabba snurra kan ha påverkat hur detta smälta hav kyldes.
Hastigheten för jordens rotation kan ha påverkat var mineralsilikatet kristalliserade och satte sig när magmahavet stelnade, fann den nya studien. Den ojämna ansamlingen av silikat och andra mineraler kan ha påverkat början av plattaktonik eller kan till och med bidra till att förklara den konstiga sammansättningen av dagens mantel, säger Christian Maas, en geofysiker vid universitetet i Münster i Tyskland.
Hot Earth
Maas är ledande författare till den nya studien som undersöker hur det forntida magmahavet kyldes och mineralerna i det kristalliserade. Dessa processer började alla för cirka 4,5 miljarder år sedan, inte länge efter att Jorden bildades, när en planetkropp med storleken på Mars smällde in i den nyfödda planeten. Påverkan slog en bit av skräp som bildade månen, samtidigt som den skapade så mycket värme att jordens yta blev ett hav av magma flera tusen miles djup.
"Det är verkligen viktigt att veta hur magmahavet såg ut", sa Maas till Live Science. När det heta havet kyldes, satte det scenen för all geologi som skulle komma nästa, inklusive plattaktonik och planetens moderna lager, mantel och skorpa-arrangemang.
En sak som inte många forskare har övervägt, sa Maas, är hur jordens rotation skulle ha påverkat kylningen. Med hjälp av en datorsimulering tog Maas och hans kollegor upp den frågan och modellerade kristallisationen av en typ av mineral, silikat, som utgör ett stort bit av jordskorpan.
Kyla ner
Simuleringen visade att hastigheten för planetens rotation påverkade där silikatet bosatte sig i de tidiga stadierna av magmahavets kylning, vilket troligen hände under tusen till en miljon år. Med långsam rotation, i intervallet 8 till 12 timmar per varv, förblir kristallerna i suspension, och förblir jämnt fördelade över magmahavet.
När rotationshastigheten ökar förändras kristallernas fördelning. Med måttlig eller hög hastighet sätter kristallerna sig snabbt till botten vid nord- och södra polerna och flyttar till den nedre halvan av magmahavet nära ekvatorn. På mittlängderna förblir kristallerna suspenderade och fördelas jämnt.
Vid de mycket snabbaste rotationshastigheterna - en full rotation på cirka 3 till 5 timmar - samlas kristallerna längst ner i magmahavet oavsett latitud. Konvektion i den roiling magma nära de polära regionerna fick emellertid upprepade gånger kristallerna att bubbla upp, så att det kristalliserade skiktet inte var särskilt stabilt.
Forskare vet inte exakt hur snabbt den tidiga jorden roterade, även om de uppskattar att den snurrade helt på cirka 2 till 5 timmar vid magmahavets existens.
Studien, som publicerades i det kommande maj-numret av tidskriften Earth and Planetary Science Letters, beaktade inte andra typer av mineraler eller modellerade silikatfördelningen utöver den första fasen av magmahavets kristallisering. Att lägga till andra mineraltyper i modellen är nästa steg, sa Maas.
Han tillade att han också är intresserad av att studera senare planetära effekter. Inte länge efter den jätte, månbildande påverkan, blev jorden troligen träffad med mindre rymdrockar, sa Maas. Om jordens rotation fick magmahavet att kristallisera ojämnt, kunde mineralerna i de bitarna av interstellärt skräp ha införlivats i jorden mycket annorlunda beroende på var de landade, sade han.
Det är inte heller klart om dagens mantel behåller spår av denna eldiga början. Den moderna manteln är lite av ett mysterium. Särskilt förvirrande är "klipporna", två kontinenterstorlekar med het berg som alltid bromsar eventuella seismiska vågor från jordbävningar som passerar genom. Korrekt känd som "stora lågskjuvningshastighetsprovinser", eller LLSVP, är dessa klatter var 100 gånger höjden på Mount Everest, men ingen vet vad de är gjorda av eller varför de är där.
Det finns många prickar som fortfarande inte är kopplade mellan dagens mantelanomalier som klatter och det gamla magmahavet från tidiga jorden, sa Maas. Kanske har alla spår av det eldiga havet länge raderats av geologiska krafter, tillade han. Men att räkna ut hur den ursprungliga solida ytan på planeten såg ut kan hjälpa till att förklara hur den utvecklades till sitt nuvarande tillstånd.
