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SCIENCES DE LA TERRE ...TOUT SUR LE NOYEAU CENTRAL DE NOTRE TERRE
Selon une nouvelle étude, la boule solide tourbillonnante qui se trouve au centre du noyau interne de la Terre semble avoir récemment marqué une pause et pourrait même être en train de tourner dans le sens inverse des décennies précédentes.
Deux scientifiques de l’université de Pékin, en Chine, se sont intéressés aux mouvements des mystérieuses entrailles de la Terre en étudiant les données relatives aux ondes sismiques émises par les tremblements de terre qui ont traversé le noyau interne de la Terre.
En observant les variations de ces ondes, ils peuvent se faire une idée de ce qui se passe dans les couches internes de la Terre, bien plus profondes que ce que les foreuses et les instruments peuvent atteindre. Leurs données détaillent l’évolution des ondes sismiques sur plusieurs décennies, depuis les enregistrements effectués en Alaska au début des années 1960 jusqu’aux enregistrements recueillis en 2021.
Les données ont montré que certaines parties du noyau qui présentaient auparavant des signes clairs de variation ont soudainement présenté très peu de changement autour de 2009, ce qui, selon eux, suggère que la rotation du noyau interne a marqué une pause.
Ils ont également relevé des changements notables dans les ondes à partir du début des années 1970, ce qui suggère que cette pause fait partie d’une oscillation qui se produit toutes les sept décennies environ, lorsque le noyau interne se retourne progressivement dans la direction opposée.
Le fonctionnement interne de la Terre est une affaire mystérieuse. Sa structure peut être divisée en quatre couches principales : la croûte externe, puis le manteau, en grande partie solide, suivi du noyau externe métallique liquide, et enfin du noyau interne, composé de fer et de nickel.
Comme le noyau interne est séparé du reste de la Terre solide par le noyau externe liquide, il est capable de tourner sur une rotation différente de celle de la surface de la Terre. La rotation du noyau interne est régie par le champ magnétique généré dans le noyau externe métallique liquide, ainsi que par les effets gravitationnels du manteau.
Cependant, les théories sur le mouvement de ce noyau interne ne font pas l’unanimité. De nombreux chercheurs pensaient auparavant que la couche géologique la plus interne de la planète tournait avec le reste de la planète à un rythme légèrement plus rapide que la surface, mais on pense aujourd’hui que c’est moins simple.
L’année dernière, des recherches ont laissé entendre que le noyau interne de la Terre oscille, se balançant doucement et tourbillonnant d’une direction à l’autre dans un cycle. Il est intéressant de noter qu’ils ont trouvé des données inhabituelles datant du début des années 1970, tout comme cette nouvelle étude.
Les résultats suggèrent que le noyau interne se déplaçait lentement dans une direction différente entre 1969 et 1971, subissant une sous-rotation d’au moins un dixième de degré par an, par rapport à la direction dans laquelle il se déplaçait entre 1971 et 1974.
« D’après nos résultats, nous pouvons constater que la surface de la Terre se déplace par rapport à son noyau interne, comme les gens l’affirment depuis 20 ans », a déclaré John E. Vidale, co-auteur de l’étude et professeur doyen des sciences de la Terre à l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, dans un communiqué publié en 2022. « Cependant, nos dernières observations montrent que le noyau interne a tourné légèrement plus lentement de 1969 à 1971, puis s’est déplacé dans l’autre sens de 1971 à 1974. »
Les mouvements étranges du noyau terrestre peuvent sembler très éloignés de nous, mais son comportement a effectivement une influence sur la vie au-dessus de la surface.
Le noyau de la Terre, et plus précisément son noyau externe, influence le champ magnétique de la planète. Depuis que le pôle Nord magnétique a été documenté scientifiquement pour la première fois au début du 19e siècle, il a parcouru quelque 2 250 kilomètres dans la partie supérieure de l’hémisphère Nord, du Canada à la Sibérie.
Entre 1990 et 2005, le rythme de ce déplacement s’est accéléré, passant de moins de 15 kilomètres par an à environ 50 à 60 kilomètres par an. Ce flux est probablement l’effet de deux « blobs » magnétiques de matière en fusion à l’intérieur de la planète, provoquant un déplacement titanesque de son champ magnétique.
Cette nouvelle étude a été publiée cette semaine dans la revue Nature Geoscience.
La plupart de nos connaissances sur ce qui se trouve au centre de notre planète proviennent de l’étude des ondes sismiques émises par les tremblements de terre.
Une analyse minutieuse de ces ondes peut révéler la composition des roches et du métal sous la surface de la Terre.
Une nouvelle étude des ondes sismiques se propageant à partir de deux tremblements de terre différents – situés dans des endroits similaires mais séparés par un intervalle de 20 ans – a révélé les changements qui se produisent dans le noyau externe de la Terre, la couche tourbillonnante de fer et de nickel liquides entre le manteau (la roche sous la surface) et le noyau interne (la couche la plus profonde).
Le noyau externe et le fer qu’il contient influencent directement le champ magnétique de notre planète, qui assure à son tour une protection contre les rayonnements spatiaux et solaires qui, autrement, rendraient la vie sur Terre impossible.
C’est pourquoi la compréhension du noyau externe et de son évolution dans le temps revêt une importance vitale. Les données enregistrées par quatre moniteurs d’ondes sismiques sur les deux tremblements de terre ont montré que les ondes du dernier événement se déplaçaient environ une seconde plus vite lorsqu’elles traversaient la même région du noyau externe.
« Quelque chose a changé sur le trajet de cette onde, de sorte qu’elle peut aller plus vite maintenant », explique le géoscientifique Ying Zhou de Virginia Tech. « Le matériau qui était là il y a 20 ans n’est plus là. »
« C’est un nouveau matériau, et il est plus léger. Ces éléments légers vont se déplacer vers le haut et modifier la densité dans la région où ils se trouvent. »
Les types d’ondes analysés ici sont des ondes SKS : elles traversent le manteau sous forme d’ondes de cisaillement (le S), puis pénètrent dans le noyau externe sous forme d’ondes longitudinales (le K), puis ressortent de l’autre côté et traversent à nouveau le manteau sous forme d’ondes de cisaillement (le deuxième S). La chronologie de ce voyage peut être révélatrice.
Quant aux deux tremblements de terre, ils se sont produits près des îles Kermadec, dans l’océan Pacifique Sud – le premier en mai 1997 et le second en septembre 2018, donnant aux chercheurs une occasion unique de voir comment le noyau de la Terre a pu changer au fil du temps.
La convection qui se produit dans le fer liquide du noyau externe de la Terre lorsqu’il se cristallise sur le noyau interne crée des courants électriques qui contrôlent le champ magnétique qui nous entoure. Cependant, la relation entre le noyau externe et le champ magnétique de la Terre n’est pas entièrement comprise – elle repose en grande partie sur une modélisation hypothétique.
« Si vous regardez le pôle géomagnétique nord, il se déplace actuellement à une vitesse d’environ 50 kilomètres par an », explique M. Zhou. « Il s’éloigne du Canada et se rapproche de la Sibérie. Le champ magnétique n’est pas le même tous les jours. Il est en train de changer. »
« Puisqu’il change, nous supposons également que la convection dans le noyau externe change avec le temps, mais il n’y a pas de preuve directe. Nous ne l’avons jamais vue. »
Cette nouvelle étude – et potentiellement de futures études comme celle-ci – pourrait fournir des indications utiles sur la façon exacte dont le noyau externe et sa convection changent. Bien que les changements observés ici ne soient pas énormes, plus nous en savons, mieux c’est.
Dans ce cas, Zhou suggère que des éléments plus légers comme l’hydrogène, le carbone et l’oxygène ont été libérés dans le noyau externe depuis 1997. Cela correspond à une réduction de la densité d’environ 2 à 3 % et à une vitesse du flux de convection d’environ 40 kilomètres par heure, selon l’article publié.
Il existe actuellement 152 stations du Réseau sismographique mondial dans le monde, qui surveillent les ondes sismiques en temps réel. Bien que nous ne puissions pas contrôler l’emplacement ou le moment des tremblements de terre, nous pouvons faire en sorte qu’un maximum de données soient enregistrées à leur sujet.
« Nous sommes en mesure de les voir maintenant », déclare M. Zhou. « Si nous sommes capables de le voir à partir des ondes sismiques, à l’avenir, nous pourrions installer des stations sismiques et surveiller ce flux. »
Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications Earth & Environment.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
Sous nos pieds, à des milliers de kilomètres de profondeur, du fer et du nickel en fusion se déplacent dans le noyau externe de la Terre.
ESA / Planetary Visions
Ce mouvement crée le champ magnétique de notre planète, un bouclier qui protège la vie contre les pires radiations cosmiques depuis des milliards d’années. La compréhension du champ géomagnétique est encore un travail en cours, et de nouvelles recherches de l’Agence spatiale européenne révèlent l’existence d’ondes magnétiques à la surface du noyau externe, à la frontière avec le manteau.
Comme l’indique la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, l’onde balaie lentement le noyau externe à une vitesse de 1 500 kilomètres par an. Et elle fait un tour tous les sept ans.
« Les géophysiciens ont longtemps théorisé sur l’existence de telles ondes, mais on pensait qu’elles se produisaient sur des échelles de temps beaucoup plus longues que ce que nos recherches ont montré », a déclaré l’auteur principal, le Dr Nicolas Gillet, de l’Université Grenoble Alpes, dans un communiqué.
« Les mesures du champ magnétique effectuées par des instruments basés à la surface de la Terre suggéraient l’existence d’une sorte d’action ondulatoire, mais nous avions besoin de la couverture globale offerte par les mesures depuis l’espace pour révéler ce qui se passe réellement. »
Les données spatiales proviennent de la mission Swarm ainsi que de quelques données plus anciennes des missions allemande Champ et danoise Ørsted. Swarm est composé de trois satellites identiques qui peuvent mesurer les champs magnétiques du noyau, ainsi que les signaux provenant d’autres régions de la planète, depuis l’espace.
Les données suggèrent que les ondes sont les plus fortes à l’équateur et qu’elles sont alignées en colonnes le long de l’axe de rotation de la planète. Tout comme la force de Coriolis affecte les mouvements des fluides sur la planète au nord et au sud de l’équateur, ces ondes présentent une forme de mouvement magnéto-Coriolis.
« Les ondes magnétiques sont probablement déclenchées par des perturbations dans les profondeurs du noyau fluide de la Terre, peut-être liées à des panaches de flottabilité. Chaque onde est spécifiée par sa période et son échelle de longueur typique, et la période dépend des caractéristiques des forces en jeu. Pour les ondes de magnéto-Coriolis, la période est indicative de l’intensité du champ magnétique dans le noyau », ajoute le Dr Gillet.
« Nos recherches suggèrent que d’autres ondes de ce type sont susceptibles d’exister, probablement avec des périodes plus longues – mais leur découverte dépend d’autres recherches. »
La recherche apporte un nouvel éclairage sur le comportement du noyau et peut-être plus encore. Étant donné l’emplacement des ondes – juste au fond du manteau – leur étude pourrait conduire à une nouvelle compréhension de la partie inférieure du manteau, notamment de sa conductivité électrique.
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Source : IFLScience – Traduit par Anguille sous roche
Des chercheurs ont découvert deux énormes structures au sein de notre planète qui sont à peu près opposées l’une à l’autre.
Ces structures, appelées « blobs » par les experts, ont des hauteurs et des densités inattendues.
La surface de notre planète peut être décrite comme étant composée de plusieurs couches, à la manière d’un oignon. La Terre possède une fine croûte externe, un manteau épais, un noyau externe liquide et un noyau interne solide.
Au sein du manteau, on trouve deux énormes structures qui sont grossièrement opposées l’une à l’autre.
Les grandes provinces à faible vitesse de cisaillement (LLSVP), comme on appelle officiellement ces structures, ont chacune la taille d’un continent et sont environ cent fois plus hautes que le mont Everest. L’une d’entre elles se trouve sous le continent africain, et l’autre serait située sous l’océan Pacifique.
Les scientifiques sont capables de déterminer la forme et la structure de ces deux blobs en mesurant les ondes sismiques. Bien que les blobs semblent étranges, nous ne savons pas de quoi ils sont faits ni pourquoi ils existent.
La modélisation géodynamique et l’analyse des études sismiques publiées par les scientifiques de l’Arizona State University, Qian Yuan et Mingming Li, ont permis de faire la lumière sur ces deux blobs.
Leurs recherches leur ont permis de déterminer la hauteur maximale des blobs et la façon dont la densité, le volume et la viscosité environnante du manteau pourraient contribuer à contrôler leur hauteur. Leur étude a récemment été publiée dans Nature Geoscience.
Après avoir analysé les données sismiques, les sismologues ont déterminé que le blob sous le continent africain est environ six fois plus grand que le blob sous l’océan Pacifique. Il y a probablement moins de densité (et donc moins de stabilité) dans le blob sous le continent africain que dans le blob sous l’océan Pacifique, ce qui explique la grande différence de hauteur entre les deux.
Pour leurs recherches, Yuan et Li ont simulé des centaines de modèles de convection du manteau.
Les chercheurs ont étudié en détail les différences de hauteur des blobs dues à leur volume. En outre, ils ont également étudié le contraste de densité et de viscosité entre les blobs et leur environnement.
Infographie sur les couches de la planète Terre.
Par conséquent, le blob sous le continent africain doit avoir une densité plus faible que celui sous l’océan Pacifique. Cela indique qu’ils peuvent avoir des compositions et des histoires évolutives différentes.
L’auteur principal, Yuan, a expliqué que le volume n’affecte pas la hauteur des blobs. « La hauteur des blobs est principalement contrôlée par leur densité et la viscosité du manteau environnant. »
« Le LLVP d’Afrique a pu s’élever au cours des temps géologiques récents », a ajouté le coauteur Li. « Cela peut expliquer la topographie de surface élevée et le volcanisme intense en Afrique orientale. »
Les chercheurs devront peut-être repenser leur compréhension des processus du manteau profond et de leur influence sur la surface de la Terre à la lumière de ces résultats. Par exemple, la topographie, la gravité, le volcanisme de surface et le mouvement des plaques peuvent tous jouer un rôle dans le maintien de l’instabilité du blob sous le continent africain.
« Notre combinaison de l’analyse des résultats sismiques et de la modélisation géodynamique offre de nouvelles perspectives sur la nature des plus grandes structures de la Terre dans l’intérieur profond et leur interaction avec le manteau environnant », a déclaré Yuan. « Ce travail a des implications de grande portée pour les scientifiques qui tentent de comprendre l’état actuel et l’évolution de la structure du manteau profond, ainsi que la nature de la convection mantellique. »
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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche
Alors que la plupart d’entre nous considèrent le sol sous nos pieds comme allant de soi, l’histoire de la Terre est écrite dans ses couches complexes, comme les pages d’un livre. Notre histoire.
Wikimedia Commons
Aujourd’hui, les chercheurs ont trouvé des preuves supplémentaires d’un tout nouveau chapitre du passé de la Terre – le noyau interne de la Terre semble avoir un autre noyau encore plus interne en son sein.
« On nous a traditionnellement enseigné que la Terre a quatre couches principales : la croûte, le manteau, le noyau externe et le noyau interne », a expliqué la géophysicienne Joanne Stephenson de l’université nationale australienne.
Notre connaissance de ce qui se trouve sous la croûte terrestre a été principalement déduite de ce que les volcans ont divulgué et des ondes sismiques ont murmuré. À partir de ces observations indirectes, les scientifiques ont calculé que le noyau interne brûlant, avec des températures dépassant les 5 000 degrés Celsius, ne représente qu’un pour cent du volume total de la Terre.
Maintenant, Stephenson et ses collègues ont trouvé d’autres preuves que le noyau interne de la Terre pourrait avoir deux couches distinctes.
« C’est très excitant – et cela pourrait signifier que nous devons réécrire les manuels scolaires », a-t-elle ajouté.
L’équipe a utilisé un algorithme de recherche pour explorer et faire correspondre des milliers de modèles du noyau interne avec les données observées sur plusieurs décennies concernant le temps que mettent les ondes sismiques à traverser la Terre, recueillies par le Centre sismologique international.
Différences dans la trajectoire des ondes sismiques à travers les couches de la Terre. (Stephenson et al., Journal of Geophysical Research : Solid Earth, 2021)
Alors, qu’est-ce qu’il y a en bas ? L’équipe a examiné certains modèles de l’anisotropie du noyau interne – comment les différences dans la composition de son matériau modifient les propriétés des ondes sismiques – et a constaté que certains étaient plus probables que d’autres.
Alors que certains modèles pensent que le matériau du noyau interne canalise les ondes sismiques plus rapidement parallèlement à l’équateur, d’autres soutiennent que le mélange des matériaux permet d’obtenir des ondes plus rapides et plus parallèles à l’axe de rotation de la Terre. Même dans ce cas, il y a des arguments sur le degré exact de différence à certains angles.
Cette étude n’a pas montré beaucoup de variation en fonction de la profondeur dans le noyau interne, mais a trouvé qu’il y avait un changement dans la direction lente à un angle de 54 degrés, avec la direction plus rapide des ondes parallèles à l’axe.
« Nous avons trouvé des preuves qui pourraient indiquer un changement dans la structure du fer, ce qui suggère peut-être deux événements de refroidissement distincts dans l’histoire de la Terre », a déclaré Stephenson.
« Les détails de ce grand événement sont encore un peu un mystère, mais nous avons ajouté une autre pièce du puzzle quand il s’agit de notre connaissance du noyau interne de la Terre. »
Ces nouvelles découvertes pourraient expliquer pourquoi certaines preuves expérimentales ne correspondent pas à nos modèles actuels de la structure de la Terre.
La présence d’une couche interne est soupçonnée depuis un certain temps déjà, avec des indices selon lesquels les cristaux de fer qui composent le noyau interne ont des alignements structurels différents.
« Nous sommes limités par la distribution des séismes et des récepteurs mondiaux, en particulier aux antipodes polaires », a écrit l’équipe dans son article, expliquant que les données manquantes diminuent la certitude de leurs conclusions. Mais leurs conclusions s’alignent sur d’autres études récentes sur l’anisotropie du noyau interne.
Une nouvelle méthode actuellement en cours de développement pourrait bientôt combler certaines de ces lacunes de données et permettre aux scientifiques de corroborer ou de contredire leurs conclusions et, espérons-le, de traduire davantage d’histoires écrites dans cette première couche de l’histoire de la Terre.
Cette recherche a été publiée dans le Journal of Geophysical Research.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
Ce serait comme avoir un objet dans le ciel et demander : « C’est la Lune ? Et les gens répondraient non. C’est le Soleil ? Non. Qu’est-ce que c’est ? On ne sait pas. »
Au bord du noyau de la Terre se trouvent deux gigantesques blocs de roche ultra chaude – et c’est à peu près ce sur quoi les géologues s’accordent.
Ces mystérieux et gigantesques blocs de roche sont situés à des extrémités opposées de la planète, l’un se cache sous l’Afrique, l’autre au milieu de l’océan Pacifique – le magazine Quanta a comparé les « anomalies massives » au chignon emblématique de la princesse Leia. Les scientifiques ont découvert ces blocs de roches il y a des décennies en cartographiant l’intérieur de la planète, mais ils n’ont pas appris grand-chose depuis.
Selon Quanta, il existe deux grandes écoles de pensée concernant les blocs de roches. Le premier camp soutient que ce ne sont que des amas massifs de panaches chauds. L’autre soutient que les blocs de pierre – si gros qu’ils noieraient la surface de la planète dans un océan de lave de plus de 95 km de profondeur – sont une entité distincte et non pas seulement une région particulièrement chaude du noyau.
Des preuves récentes appuient le deuxième camp : Quanta rapporte que les scientifiques ont trouvé des traces de roches et d’isotopes uniques et anciens dans le magma qui s’est écoulé vers le haut à partir des blocs – des matériaux presque aussi vieux que la Terre elle-même et qu’on ne trouve nulle part ailleurs sur la planète.
Pourtant, un grand mystère entoure encore les points chauds profondément enfouis. Une théorie est qu’il pourrait s’agir de fragments d’un objet de la taille de Mars qui s’est écrasé sur la Terre.
« Ce serait comme avoir un objet dans le ciel et demander : ‘C’est la Lune ? Et les gens répondraient non. C’est le Soleil ? Non. Qu’est-ce que c’est ? Nous ne savons pas' », a dit à Quanta le sismologue de l’Université du Maryland Vedran Lekić.
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Sources : Futurism, Quanta Magazine – Traduit par Anguille sous roche
C’est l’une des inconnues les plus profondes de la géophysique : les mouvements cachés du noyau le plus profond de la Terre.
Alors que nous considérons le sol sous nos pieds comme de la terre ferme, cette rigidité rassurante ne s’étend que jusqu’à un certain point. Profondément sous la surface de la planète, le noyau interne super chaud de la Terre se trouve dans un noyau externe liquide fondu, détaché du manteau et de la croûte qui le surplombe.
Cet arrangement sans attaches pose plus que quelques questions, dont la plus importante s’appelle peut-être la super-rotation : si le noyau central de fer solide de la Terre est détaché du manteau en raison de la couche de noyau externe fluide qui entoure le noyau interne, comment cela affecte-t-il sa rotation ?
Les hypothèses de super-rotation suggèrent que le noyau interne de la Terre tourne à une vitesse différente de celle de la Terre elle-même, qui est d’environ une rotation complète toutes les 24 heures par rapport au Soleil.
Depuis des décennies, les scientifiques débattent de la vitesse de super-rotation du noyau interne. Maintenant, une nouvelle analyse du sismologue John Vidale de l’Université de Californie du Sud offre aux géophysiciens une nouvelle estimation à considérer.
Dans son nouvel article, Vidale examine les ondes sismiques rétrodiffusées détectées lors de deux essais nucléaires distincts effectués par l’Union soviétique dans l’archipel de Novaya Zemlya dans le nord de la Russie en 1971 et 1974.
Lorsque ces explosions nucléaires ont eu lieu il y a plusieurs décennies, la force des explosions a été détectée par des stations sismiques du monde entier, dont le Large Aperture Seismic Array (LASA) : le premier grand réseau sismique du monde, construit au Montana en 1965.
En analysant les données LASA et en mesurant le mouvement du noyau intérieur à partir des ondes sismiques détectées, Vidale a estimé que le noyau intérieur a tourné d’environ 0,07 degré de plus que le reste de la planète chaque année entre 1971 et 1974.
« Si son taux est bon, cela signifie que si vous vous tenez à l’équateur pendant un an, la partie du noyau intérieur qui se trouvait auparavant en dessous de vous se retrouverait sous un point situé à 7,7 km de distance », explique Maya Wei-Haas dans un rapport sur la recherche pour le National Geographic.
En ce qui concerne les calculs de super-rotation, Vidale dit que sa nouvelle estimation est à la fois plus lente et plus robuste que les approximations précédentes, dont l’une, notamment, est la sienne.
En l’an 2000, Vidale faisait partie d’une équipe qui a analysé les mêmes données d’essais nucléaires détectées par le réseau du Montana et calculé une super-rotation plus rapide pour la période 1971-1974, soit 0,15 degré par an.
Dans la nouvelle étude, Vidale explique que sa dernière estimation fournit une meilleure résolution et bénéficie d’améliorations dans la correction, le traitement et l’interprétation des données.
Mais une autre raison pour laquelle les chiffres sont différents est qu’il s’agit d’un domaine scientifique très théorique – l’examen d’une partie de la Terre profondément enfouie et surchauffée qu’il est impossible d’étudier de près ; la recherche en est encore à ses débuts.
Toute la théorie de la super-rotation n’a été proposée pour la première fois que dans les années 1970, mais les premières modélisations et preuves sismiques sérieuses n’ont fait leur apparition que dans les années 1990, quelques années avant la publication des recherches de Vidale en 2000.
Les scientifiques ont aussi d’autres explications pour expliquer pourquoi nos lectures et nos estimations sur les taux de super-rotation apparents du noyau intérieur pourraient différer.
Une étude publiée en mai a suggéré que les divergences pourraient être dues à des variations dans la surface du noyau interne lui-même, ce qui pourrait expliquer les incohérences dans d’autres analyses.
Si ce point de vue est exact, cela signifie que nous pourrions avoir affaire à une inconnue encore plus grande au centre de la Terre. Seul le temps, et beaucoup plus de scientifiques prêts à relever le défi, le diront.
Les résultats sont rapportés dans Geophysical Research Letters.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
PUBLIÉ 11 JUILLET 2019 · MIS À JOUR 7 AOÛT 2019
Le champ magnétique terrestre protège et rend notre planète habitable en arrêtant les particules nocives de haute énergie provenant de l’espace, y compris du Soleil. La source de ce champ magnétique est le noyau au centre de notre planète.
Mais le noyau est très difficile à étudier, en partie parce qu’il commence à une profondeur d’environ 2 900 kilomètres, ce qui le rend trop profond pour être échantillonné et étudié directement.
Cependant, nous faisons partie d’une équipe de recherche qui a trouvé un moyen d’obtenir des informations sur le noyau de la Terre, avec des détails publiés récemment dans Geochemical Perspective Letters.
Le noyau est la partie la plus chaude de notre planète, le noyau externe atteignant des températures de plus de 5 000 degrés Celsius. Cela doit affecter le manteau sus-jacent et on estime que 50 % de la chaleur volcanique provient du noyau.
L’activité volcanique est le principal mécanisme de refroidissement de la planète. Certains volcanisme, comme celui qui forme encore les îles volcaniques d’Hawaï et d’Islande, pourraient être liés au noyau par des panaches du manteau qui transfèrent la chaleur du noyau à la surface de la Terre.
Pourtant, la question de savoir s’il y a un échange de matière physique entre le noyau et le manteau fait l’objet d’un débat depuis des décennies.
Nos résultats suggèrent que certains matériaux de base sont effectivement transférés à la base de ces panaches du manteau, et que le noyau fuit depuis 2,5 milliards d’années.
Nous l’avons découvert en examinant de très petites variations dans le rapport des isotopes de l’élément tungstène (les isotopes sont essentiellement des versions du même élément qui contiennent juste des nombres différents de neutrons).
Pour étudier le noyau de la Terre, nous devons chercher des traceurs chimiques du matériau du noyau dans les roches volcaniques provenant du manteau profond.
Nous savons que le noyau possède une chimie très distincte, dominée par le fer et le nickel ainsi que par des éléments tels que le tungstène, le platine et l’or qui se dissolvent dans un alliage fer-nickel. Par conséquent, les éléments qui aiment les alliages métalliques sont un bon choix pour rechercher des traces du noyau.
Le tungstène (symbole chimique W) comme élément de base a 74 protons. Le tungstène possède plusieurs isotopes, dont 182W (avec 108 neutrons) et 184W (avec 110 neutrons).
Ces isotopes du tungstène pourraient être les traceurs les plus concluants du matériau du noyau, car on s’attend à ce que le manteau présente des rapports 182W / 184W beaucoup plus élevés que le noyau.
Ceci est dû à un autre élément, l’Hafnium (Hf), qui ne se dissout pas dans l’alliage fer-nickel et est enrichi dans le manteau, et avait un isotope maintenant éteint (182Hf) qui s’est désintégré à 182W. Cela donne au manteau une puissance supplémentaire de 182W par rapport au tungstène dans le noyau.
Mais l’analyse nécessaire pour détecter les variations des isotopes du tungstène est extrêmement difficile, car nous examinons les variations du rapport 182W / 184W en parties par million et la concentration de tungstène dans les roches est aussi faible que des dizaines de parties par milliard. Moins de cinq laboratoires dans le monde peuvent effectuer ce type d’analyse.
Notre étude montre un changement substantiel dans le rapport 182W / 184W du manteau au cours de la vie de la Terre. Les roches les plus anciennes de la Terre ont une puissance nettement supérieure à 182W / 184W par rapport à la plupart des roches de la Terre moderne.
La modification du rapport 182W / 184W du manteau indique que du tungstène provenant du noyau fuit dans le manteau depuis longtemps.
Fait intéressant, dans les roches volcaniques les plus anciennes de la Terre, sur une période de 1,8 milliard d’années, il n’y a aucun changement significatif dans les isotopes du manteau de tungstène. Cela indique que de 4,3 milliards à 2,7 milliards d’années auparavant, peu ou pas de matière du noyau a été transférée dans le manteau supérieur.
Mais au cours des 2,5 milliards d’années suivantes, la composition isotopique du manteau en tungstène a considérablement changé. Nous en déduisons qu’un changement dans la tectonique des plaques, vers la fin de l’Archéen, par rapport à il y a environ 2,6 milliards d’années, a déclenché des courants convectifs assez importants dans le manteau pour modifier les isotopes du tungstène de toutes les roches modernes.
Si les panaches du manteau s’élèvent de la limite noyau-manteau à la surface, il s’ensuit que le matériau provenant de la surface de la Terre doit également descendre dans le manteau profond.
La subduction, terme utilisé pour désigner les roches de la surface de la Terre qui descendent dans le manteau, transporte des matériaux riches en oxygène de la surface vers le manteau profond comme composante intégrale de la tectonique des plaques.
Les expériences montrent qu’une augmentation de la concentration d’oxygène à la limite entre le noyau et le manteau pourrait entraîner la séparation du tungstène hors du noyau et dans le manteau.
Alternativement, la solidification interne du noyau augmenterait également la concentration d’oxygène du noyau externe. Dans ce cas, nos nouveaux résultats pourraient nous renseigner sur l’évolution du noyau, y compris sur l’origine du champ magnétique terrestre.
Caricature montrant les différences de rapport isotopique du tungstène entre le noyau et le manteau de la Terre et comment le noyau de la Terre pourrait laisser échapper des matériaux dans les panaches du manteau.
Le noyau de la Terre a commencé sous forme de métal entièrement liquide et s’est refroidi et partiellement solidifié avec le temps. Le champ magnétique est généré par la rotation du noyau solide interne. Le temps de cristallisation du noyau intérieur est l’une des questions les plus difficiles à résoudre dans les sciences de la Terre et les sciences planétaires.
Notre étude nous donne un traceur qui peut être utilisé pour étudier l’interaction noyau-manteau et le changement dans la dynamique interne de notre planète, et qui peut nous aider à mieux comprendre comment et quand le champ magnétique a été activé.
Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche
Chaque fois qu’il est frappé par le vent solaire et d’autres impulsions cosmiques, le champ magnétique de la Terre ondule jusqu’à ce que les ondes arrivent aux pôles magnétiques, ce qui renvoie la force dans l’espace. Les chercheurs comparent cet effet à la percussion.
La théorie de la magnétopause de la Terre – la frontière extérieure du champ magnétique de la planète – est apparue il y a 45 ans. Les chercheurs de l’Université Queen Mary de Londres (QMUL) ont finalement acquis les premières preuves à l’appui des oscillations.
Martin Archer, chercheur principal de QMUL, a expliqué la magnétosphère diurne de la Terre – le côté du champ magnétique situé directement entre notre planète et le Soleil. Ce côté s’étend jusqu’à 10 fois le rayon de la planète elle-même.
La magnétosphère peut être déclenchée par des phénomènes cosmiques comme le vent solaire et le plasma provenant du Soleil. L’interaction provoque le déplacement du champ magnétique, ce qui modifie la « météo spatiale » ou le flux d’énergie à travers la zone entourant la Terre.
La météorologie spatiale affecte la technologie en orbite autour de la Terre et à sa surface. Elle peut perturber les systèmes électriques et électroniques, tels que les réseaux électriques qui alimentent les villes en électricité. (Connexe : Le pôle Nord magnétique de la Terre se déplace rapidement et nous pourrions enfin savoir pourquoi.)
Pour détecter les oscillations théoriques de la magnétosphère, M. Archer avait besoin de plusieurs satellites pour être au bon endroit lorsque la magnétopause était frappée par une forte impulsion. Les données recueillies par ces engins spatiaux fourniraient des preuves concrètes des vibrations en forme de tambour.
De plus, les sondes spatiales permettraient d’identifier tout autre facteur ayant également déclenché ou contribué aux vibrations. Ces facteurs étrangers seraient éliminés des calculs finaux.
Avec son équipe, il a passé en revue la théorie des vibrations de la magnétosphère en forme de tambour. Ils ont ajouté des modèles informatiques de la magnétosphère diurne et des simulations globales de la façon dont la magnétosphère réagissait à de fortes impulsions.
Les chercheurs ont dressé une liste d’exigences pour obtenir des preuves solides du battement de tambour. Ils avaient besoin d’au moins quatre satellites alignés près de la limite de la magnétosphère. Les sondes spatiales ont recueilli des données sur l’impulsion motrice, le mouvement de la limite et les sons de signature à l’intérieur du champ magnétique.
Ils ont obtenu leurs données de la mission THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) de la NASA, un groupe de cinq satellites qui étudient les aurores dans la région polaire. Les relevés THEMIS ont montré que la magnétosphère vibrait comme un tambour.
« Nous avons trouvé la première preuve d’observation directe et sans ambiguïté que la magnétopause vibre en ondes stationnaires, comme un tambour, lorsqu’elle est frappée par une forte impulsion », explique M. Archer. « Étant donné les 45 ans qui se sont écoulés depuis la théorie initiale, il a été suggéré qu’ils pourraient ne pas se produire, mais nous avons montré qu’ils sont possibles. »
Il a comparé le champ magnétique terrestre à un instrument de musique qui faisait de la « musique » sous forme de météorologie spatiale. D’autres études ont mis en évidence un comportement magnétosphérique similaire à celui des sons émis par les instruments à vent et à cordes. Maintenant, l’équipe de QMUL a ajouté des instruments à percussion à la bande planétaire.
Malheureusement, dans l’espace, personne n’entendait ce battement de tambour fou. Les fréquences des vibrations magnétosphériques variaient de 1,8 à 3,3 millihertz – des milliers de fois trop basses pour que les oreilles humaines puissent les capter. De plus, la rareté des particules dans l’espace a réduit la résistance déjà faible des pressions, de sorte qu’elles n’ont pas réussi à déplacer le tympan.
L’équipe d’Archer a ajusté les données acquises par la suite de capteurs des sondes spatiales THEMIS. Puis ils ont transformé les signaux en une forme audible pour l’audition humaine.
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Sources : Cosmic.news, Space.com, Nature.com – Traduit par Anguille sous roche
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