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Overturn and evolution of a crystallized magma ocean: a numerical parameter study for Mars

Tosi, Nicola und Plesa, Ana-Catalina und Breuer, Doris (2013) Overturn and evolution of a crystallized magma ocean: a numerical parameter study for Mars. Journal of Geophysical Research, Seiten 1512-1528. Wiley. doi: 10.1002/jgre.20109. ISSN 0148-0227.

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Offizielle URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgre.20109/abstract

Kurzfassung

[1] Early in the history of terrestrial planets, the fractional crystallization of a magma ocean can lead to a mantle stratification characterized by a progressive enrichment in heavy elements from the core-mantle boundary to the surface. Such configuration is gravitationally unstable; it causes mantle overturn and the formation of a stable chemical layering. Using simulations of thermo-chemical convection, we analyzed the consequences of overturn and subsequent layering on mantle dynamics assuming Mars' scaling parameters. We found that the time needed to achieve chemical homogenization via convective mixing scales exponentially with the buoyancy-ratio inline image, which measures the relative importance of chemical to thermal buoyancy. In addition, when using a strongly temperature-dependent viscosity, the formation of a stagnant-lid prevents the uppermost crystallized layers from sinking into the mantle. In order to obtain their subduction an yielding mechanism must be invoked. [2] In the context of Mars' evolution, our results suggest that complete chemical mixing is unlikely to take place within time-scales comparable with the planet's age. Magma ocean freezing could be thus responsible for the long-term preservation of compositional heterogeneities as required by meteoritic evidence. The lack of a surface highly enriched in incompatible elements and of a high-density lid is difficult to reconcile with a stagnant-lid regime operating throughout Mars' history. An episode of surface mobilization induced by compositional overturn can resolve this difficulty provided that inline image is large enough. Too large buoyancy ratios, however, tend to suppress convective heat transport, rendering it problematic to explain the late volcanic history of Mars.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/83532/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Overturn and evolution of a crystallized magma ocean: a numerical parameter study for Mars
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Plesa, Ana-Catalinaana.plesa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3366-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Breuer, Dorisdoris.breuer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9019-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2013
Erschienen in:Journal of Geophysical Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/jgre.20109
Seitenbereich:Seiten 1512-1528
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Wieczorek, MarkInstitut de Physique du Globe de Paris Université Paris Diderot Case 7071, Lamarck A 5, rue Thomas Mann 75205 Paris Cedex 13, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baratoux, Davidnstitut de Recherche en Astrophysique et Planétologie University of Toulouse 14, Avenue Edouard Belin 31 400 ToulouseNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:0148-0227
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mars, double-diffusive convection, magam ocean, overturn, parameter study
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Institut für Planetenforschung
Hinterlegt von: Rückriemen, Tina
Hinterlegt am:20 Aug 2013 11:03
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:41

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