Des travaux, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature du 7 novembre, ont permis de révéler des changements de structure au sein de basaltes fondus à des pressions correspondant à une profondeur de 1400 kilomètres: alors le magma prend une forme plus dense et compacte. Ces données confortent l'idée, que la Terre primitive abritait deux océans de magma séparés par une couche cristalline.

On sait depuis longtemps qu'au-delà d'une profondeur de 660 km, «c'est-à-dire vers 25 Gpa», un changement majeur, qui «délimite le manteau supérieur du manteau inférieur», affecte les phases cristallines du manteau terrestre: les atomes de silicium constituant les minéraux se réorganisent en passant «d'une configuration où chaque atome de silicium est entouré de quatre atomes d’oxygène, à une configuration plus compacte avec six atomes d’oxygène voisins».

L'expérience a consisté à chauffer, par deux lasers infrarouges au-delà de 2000 degrés Celsius, jusqu'à le fondre, un échantillon de petits morceaux de verre de basalte comprimé dans une cellule à enclume de diamants sous «une pression jusqu'à environ 600 000 fois la pression atmosphérique normale». Grâce à PETRA III de DESY (Hambourg, Allemagne), une des sources de rayons X les plus brillantes du monde, les changements de structure de ce magma en fusion ont pu être étudiés par diffraction.

Il est alors apparu, dans ces «conditions proches de celles du manteau terrestre profond, équivalentes à 1400 kilomètres sous la surface», que «le nombre de coordination de silicium (son nombre d'atomes voisins) dans les magmas passe de 4 à 6 quand la pression augmente de 10 GPa et 35 GPa». Parallèlement, «leur densité passe d'environ 2,7 grammes par centimètre cube (g/cm³) à basse pression, à près de 5 g/cm ³ à 60 GPa».

Plus précisément, «jusqu’à 25 GPa, soit 660 km , les magmas deviennent progressivement plus denses que les cristaux, qui vont donc flotter et non sédimenter». Lorsque, vers 35 GPa, le nombre de 6 atomes voisins est atteint dans les magmas, la densification «devient beaucoup moins notable». Les manteaux supérieur et inférieur de part et d'autre de la limite de 600 km se différencient de cette manière.

Les planètes telluriques lors de leur formation «sont passées par un état fondu». Le comportement plus dense du magma basaltique à une certaine profondeur, suggère donc, l'existence d'un «océan magmatique stratifié dans l'intérieur de la Terre primitive, comme l'ont déjà proposé certains modèles sur la base de calculs d’évolution thermique (refroidissement) de la Terre primitive».

C'est probablement entre environ 660 et 1000 km de profondeur que la cristallisation de minéraux, à partir du magma, a commencé à se produire, «là où les cristaux sont en quasi-équilibre gravitaire avec le magma, séparant l'océan magmatique initial en deux océans superposés, qui se sont solidifié à leur tour ne laissant subsister que quelques poches de magma résiduel à la base du manteau inférieur».