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Communiqués de presse

Il tombe de la neige métallique sur le noyau interne de la Terre

Noyau terrestre

Représentation simplifiée du noyau de la Terre. La zone en blanc se situe à la base du noyau externe liquide. Du fer cristallise et se dépose en une couche représentée en noir, plus épaisse à l'ouest qu'à l'est.

Le noyau terrestre est une boule de 3 470 kilomètres de rayon en grande partie constituée de fer. Il est liquide dans la partie externe et solide dans la partie centrale. À cause du refroidissement de la Terre, le fer constitue à se cristalliser, si bien que le noyau interne grandit aux dépens du noyau externe. Des scientifiques viennent de trouver que la cristallisation commence sur des centaines de kilomètres à la base du noyau externe et que les cristaux de fer tombent comme de la neige sur le noyau interne. Ce phénomène est dissymétrique : l’épaisseur de la couche de « neige » est plus grande à l’ouest qu’à l’est.

Le noyau interne de la Terre est chaud, sous une pression immense et enneigé, selon de nouvelles recherches qui pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre les forces affectant la planète entière.

La neige est constituée de minuscules particules de fer – beaucoup plus lourdes que tout flocon de neige à la surface de la Terre – qui tombent du noyau externe fondu et s’empilent sur le noyau interne, créant à sa surface des accumulations atteignant 120 kilomètres d’épaisseur.

L’image peut ressembler à un paysage féérique hivernal extraterrestre. Mais les scientifiques qui ont dirigé la recherche ont déclaré que cela ressemblait à la formation de roches à l’intérieur des volcans.

« Le noyau métallique de la Terre fonctionne comme une chambre magmatique que nous connaissons mieux dans la croûte », a déclaré Lin Jung-Fu, professeur à la Jackson School of Geosciences de l’Université du Texas à Austin et co-auteur de l’étude.

L’étude est disponible en ligne et sera publiée dans l’édition imprimée de la revue JGR Solid Earth le 23 décembre.

Zhang Youjun, professeur agrégé à l’Université du Sichuan en Chine, a dirigé l’étude. Les autres co-auteurs incluent Peter Nelson, étudiant diplômé de la Jackson School, et Nick Dygert, professeur adjoint à l’Université du Tennessee qui a effectué la recherche au cours d’une bourse postdoctorale à la Jackson School.

Le cœur de la Terre ne peut pas être échantillonné, alors les scientifiques l’étudient en enregistrant et en analysant les signaux des ondes sismiques lors de leur passage à travers la Terre.

Cependant, les aberrations entre les données récentes des ondes sismiques et les valeurs attendues sur la base du modèle actuel du noyau de la Terre ont soulevé des questions. Les vagues se déplacent plus lentement que prévu lorsqu’elles traversent la base du noyau externe et elles se déplacent plus rapidement que prévu lorsqu’elles se déplacent dans l’hémisphère oriental du noyau interne supérieur.

L’étude propose le modèle du noyau enneigé de fer comme explication de ces aberrations. Le scientifique S.I. Braginkskii a proposé au début des années 1960 qu’une couche colloïdale existait entre le noyau interne et externe, mais les connaissances qui prédominaient alors sur les conditions de chaleur et de pression dans l’environnement du noyau ont infirmé cette théorie. Cependant, de nouvelles données provenant d’expériences sur des matériaux semblables à ceux du noyau menées par Zhang et tirées de la littérature scientifique plus récente ont révélé que la cristallisation était possible et qu’environ 15 % de la couche la plus basse du noyau externe liquide pouvait comprendre des cristaux à base de fer qui finissent par tomber et se déposer à la surface du noyau interne solide.

« C’est une chose étrange quand on y pense », a déclaré Dygert. « Vous avez des cristaux dans le noyau externe qui descendent sur le noyau interne sur une distance de plusieurs centaines de kilomètres. »

Les chercheurs indiquent que le manteau neigeux accumulé est la cause des aberrations sismiques. La composition en colloïde ralentit les ondes sismiques. La variation de la taille des accumulations de neige – plus mince dans l’hémisphère oriental et plus épaisse dans l’ouest – explique le changement de vitesse.

« La limite du noyau interne n’est pas une surface simple et lisse, ce qui peut affecter la conduction thermique et la convection du noyau », a déclaré Zhang.

L’article compare la chute des particules de fer avec un processus qui se produit à l’intérieur des chambres magmatiques plus près de la surface de la Terre. Il implique des minéraux cristallisant dans le magma, chutant et s’agglomérant. Dans les chambres magmatiques, le compactage des minéraux crée des roches appelées des « cumulats ». Dans le noyau terrestre, le compactage du fer contribue à la croissance du noyau interne et au rétrécissement du noyau externe.

Et étant donné l’influence du noyau sur les phénomènes qui affectent la planète entière, de la création de son champ magnétique au transfert de chaleur entraînant le mouvement des plaques tectoniques, une meilleure compréhension de sa composition et de son comportement pourrait aider à comprendre le fonctionnement de ces processus plus importants.

Bruce Buffet, professeur de géosciences à l’Université de Californie à Berkeley, qui étudie les intérieurs des planètes et qui n’était pas impliqué dans l’étude, a déclaré que la recherche se heurte à de vieilles questions sur l’intérieur de la Terre et pourrait même aider à en révéler davantage sur la façon dont le noyau terrestre s’est formé.

« Relier les prédictions des modèles aux observations d’anomalies nous permet de tirer des conclusions sur les compositions possibles du noyau liquide et peut-être de relier ces informations aux conditions qui prévalaient au moment de la formation de la planète », a-t-il déclaré. « La condition de départ est un facteur important pour que la Terre devienne la planète que nous connaissons. »

Voir aussi : Le noyau interne de la Terre a la viscosité d’un liquide.

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Traduction d’un communiqué de presse de l’Université du Texas à Austin, Jackson School of Geosciences.

Zhang Youjun et al., Fe Alloy Slurry and a Compacting Cumulate Pile Across Earth’s Inner‐Core Boundary, JGR Solid Earth , 22 October 2019.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JB017792

2 Comments

  1. Franck

    Bonjour,
    Merci pour cet article clair. Une question cependant. Ces “flocons” de fer qui tombent sur plusieurs centaines de kilomètres sont contenus dans quoi ? En d’autres termes, de quoi est composée cette interface noyau interne/noyau externe ? Le noyau externe contient je crois 80% de fer. S’il est soustrait de cette enveloppe pour rejoindre le noyau interne, que reste-t-il ? Cela est-il déterminable (ou déterminé) avec les méthodes actuelles ? Cela permettrait-il d’avoir une meilleure connaissance de la composition du noyau externe au dessus de cette interface ? Merci pour les réponses que vous pouvez m’indiquer.

  2. Comment by post author

    Admin

    Bonjour Franck,
    Les noyaux interne et externe ont la même composition : essentiellement du fer. Mais ce fer est solide dans le noyau interne et liquide dans le noyau externe. Comme le fer liquide se solidifie et tombe sur le noyau interne, cela implique que celui-ci gagne du volume aux dépends du noyau externe. Autrement dit, le noyau interne grossit et le noyau externe se rétrécit.
    L’étude des ondes sismiques qui traversent la Terre permet d’avoir une idée de ce qui s’y passe. La théorie présentée ici n’est pas prouvée mais elle explique bien les observations effectuées.

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