Une étude récente suggère que le noyau terrestre possède une structure interne plus complexe que l’on pensait, avec des implications pour notre compréhension des phénomènes sismiques observés. Les chercheurs ont exploré l’effet du silicium et du carbone sur le comportement du fer en conditions extrêmes, révélant une organisation en couches.
Le cœur de la Terre continue de dévoiler des mystères à mesure que les scientifiques explorent son noyau. Un nouvel article scientifique indique une configuration interne plus complexe qu’antérieurement envisagée, contribuant à expliquer des phénomènes sismiques observés depuis plusieurs décennies.
Des ondes sismiques traversant le noyau terrestre ont fourni des informations cruciales sur ce centre de fer, révélant des changements de forme, une inversion de rotation, une texture atypique et un état de matière singulier.
Une étude récente cherchant à expliquer des données anormales propose que le noyau de la Terre pourrait être structuré en couches, semblable à une cebolla.
Le mystère des anisotropies sismiques
Des scientifiques en Allemagne ont voulu examiner plus précisément le problème des anisotropies sismiques, des variations dans la vitesse des ondes sismiques qui résonnent à travers la Terre lorsqu’elles atteignent le noyau interne, variant selon la direction de leur trajet.
Différentes hypothèses ont été avancées concernant l’origine de ces anisotropies.
Nous avons exploré l’effet combiné du silicium et du carbone sur le comportement de déformation du fer.
Déclare la minéralogiste Carmen Sanchez-Valle de l’Université de Münster.
Expériences sous des conditions extrêmes
Pour comprendre les phénomènes en jeu, les chercheurs ont testé comment ces éléments clés interagissent sous des pressions extrêmes et des températures atteignant 820 °C.
Grâce à la diffraction des rayons X, ils ont cherché une propriété nommée orientation préférentielle de la maille cristalline (LPO), qui décrit comment les cristaux dans les solides s’alignent en raison des raisons thermiques.
Jusqu’à présent, les scientifiques manquaient de données substantielles sur la manière dont la LPO du fer se manifesterait lorsqu’il est mélangé avec du silicium et du carbone pour former des alliages.
La configuration expérimentale avec une chambre à vide abritant une cellule en diamant à haute température. La couleur orange de la cellule provient de la lumière émise à des températures élevées. (Carmen Sánchez-Valle)
Cristaux, ondes sismiques et alliages métalliques
La LPO peut influencer la manière dont les ondes sonores se propagent à travers des métaux tels que le fer, et il a été suggéré que cela pourrait expliquer l’anisotropie sismique. Dans ce cas, le phénomène a été testé à la plus petite échelle, avec les alliages compressés et chauffés dans des contenants minuscule.
Les motifs de diffraction ont été analysés après l’expérience pour déterminer les propriétés plastiques, notamment la résistance à l’écoulement et la viscosité, des alliages de fer-silicium-carbone, qui ont ensuite été modélisés théoriquement pour extrapoler aux conditions du noyau interne.
Explique Sanchez-Valle.
Résultats indiquant un noyau en couches
Les résultats ont montré qu’en comparaison avec le fer pur, l’ajout de silicium et de carbone a effectivement modifié l’organisation de la maille cristalline de l’alliage de fer.
Les différences observées dans la vitesse des ondes sismiques correspondent aux anomalies identifiées dans la partie externe du noyau interne.
Cela renforce la présomption selon laquelle le noyau interne de la Terre est, en fait, stratifié, un accomplissement remarquable en science, surtout compte tenu de sa distance de plus de 5 000 kilomètres sous nos pieds, enfoui sous des couches de roche et de métal liquide.
Composition chimique et comportement sismique
Le centre du noyau interne pourrait être pauvre en silicium et en carbone, induisant une forte anisotropie sismique, estiment les chercheurs, “alors que l’augmentation de la concentration des éléments légers d’alliage vers les couches externes du noyau interne conduit à une anisotropie réduite”.
Les géologues progressent régulièrement dans leur compréhension des complexités sous la surface terrestre, principalement en mesurant comment les ondes sismiques se propagent et en recréant en laboratoire les conditions des noyaux interne et externe.
Conclusions aux implications profondes
Ce travail minutieux implique d’identifier des incohérences, d’élaborer des explications potentielles, puis de les tester, une tâche que l’équipe responsable de cette étude a accompli avec succès.
L’anisotropie dépendant de la profondeur observée dans le noyau interne de la Terre pourrait résulter de la stratification chimique du silicium et du carbone après la cristalisation du noyau.
Concluent les chercheurs.