Researchers peer into Earth's inner core: Data show solid metal sphere is 'textured'
Des chercheurs examinent le noyau interne de la Terre : les données montrent que la sphère métallique solide est "texturée"
par l'Université de l'Utah
PHOTO/Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public
Au centre, la Terre est une boule de métal solide, une sorte de "planète dans la planète", dont l'existence rend possible la vie à la surface, du moins telle que nous la connaissons.
La façon dont le noyau interne de la Terre s'est formé, a grandi et a évolué au fil du temps reste un mystère, un mystère qu'une équipe de chercheurs dirigés par l'Université de l'Utah cherche à sonder à l'aide d'ondes sismiques provenant de tremblements de terre naturels. Bien que cette sphère de 2 442 kilomètres de diamètre représente moins de 1 % du volume total de la Terre, son existence est responsable du champ magnétique de la planète, sans lequel la Terre serait un endroit bien différent.
Mais le noyau interne n'est pas la masse homogène qui était autrefois supposée par les scientifiques, mais plutôt une tapisserie de différents "tissus", selon Guanning Pang, un ancien Ph.D. étudiant au département de géologie et de géophysique de l'université.
"Pour la première fois, nous avons confirmé que ce type d'inhomogénéité est partout à l'intérieur du noyau interne", a déclaré Pang. Aujourd'hui chercheur post-doctoral à l'Université Cornell, Pang est l'auteur principal d'une nouvelle étude, publiée dans Nature, qui ouvre une fenêtre sur les profondeurs de la Terre. Il a mené l'étude dans le cadre de son doctorat. thèse à Utah.
L'autre dernière frontière
"Notre étude visait à essayer de regarder à l'intérieur du noyau interne", a déclaré le sismologue universitaire Keith Koper, qui a supervisé l'étude. "C'est comme une zone frontalière. Chaque fois que vous voulez imager l'intérieur de quelque chose, vous devez éliminer les effets superficiels. C'est donc l'endroit le plus difficile pour faire des images, la partie la plus profonde, et il y a encore des choses inconnues à ce sujet. "
Cette recherche a exploité un ensemble de données spécial généré par un réseau mondial de réseaux sismiques mis en place pour détecter les explosions nucléaires. En 1996, les Nations Unies ont créé la Commission préparatoire de l'Organisation du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires, l'OTICE, pour assurer le respect du traité international qui interdit de telles explosions.
Sa pièce maîtresse est le système de surveillance international (IMS), qui comprend quatre systèmes de détection d'explosions à l'aide d'instruments de détection avancés situés dans le monde entier. Bien que leur objectif soit de faire respecter une interdiction internationale des explosions nucléaires, ils ont fourni des trésors de données que les scientifiques peuvent utiliser pour jeter un nouvel éclairage sur ce qui se passe à l'intérieur de la Terre, dans les océans et dans l'atmosphère.
Ces données ont facilité les recherches qui ont illuminé les explosions de météores, identifié une colonie de rorquals bleus pygmées, avancé les prévisions météorologiques et fourni des informations sur la formation des icebergs.
Alors que la surface de la Terre a été soigneusement cartographiée et caractérisée, son intérieur est beaucoup plus difficile à étudier car il n'est pas directement accessible. Les meilleurs outils pour détecter ce royaume caché sont les ondes sismiques des tremblements de terre se propageant à partir de la fine croûte de la planète et vibrant à travers son manteau rocheux et son noyau métallique.
"La planète s'est formée à partir d'astéroïdes qui s'accrétaient [dans l'espace]. Ils se heurtent et vous générez beaucoup d'énergie. Ainsi, la planète entière, lorsqu'elle se forme, fond", a déclaré Koper. "C'est simplement que le fer est plus lourd et vous obtenez ce que nous appelons la formation du noyau. Les métaux coulent au milieu, et la roche liquide est à l'extérieur, puis elle gèle essentiellement avec le temps. La raison pour laquelle tous les métaux sont là-bas est parce qu'ils sont plus lourds que les rochers."
Planète dans une planète
Depuis quelques années, le laboratoire de Koper analyse des données sismiques sensibles au noyau interne. Une étude précédente, dirigée par Pang, a identifié des variations entre les rotations de la Terre et son noyau interne qui pourraient avoir déclenché un changement dans la durée du jour de 2001 à 2003.
Le noyau terrestre, qui mesure environ 4 300 milles de diamètre, est composé principalement de fer et d'un peu de nickel, ainsi que de quelques autres éléments. Le noyau externe reste liquide, enveloppant le noyau interne solide.
"C'est comme une planète dans une planète qui a sa propre rotation et qui est découplée par ce grand océan de fer en fusion", a déclaré Koper, professeur de géologie qui dirige les stations sismographiques de l'U of U, ou UUSS.
Le champ protecteur de l'énergie magnétique entourant la Terre est créé par la convection se produisant dans le noyau externe liquide, qui s'étend à 2 260 kilomètres (1 795 miles) au-dessus du noyau solide, a-t-il déclaré. Le métal en fusion s'élève au-dessus du noyau interne solide, se refroidit à mesure qu'il s'approche du manteau rocheux de la Terre et coule. Cette circulation génère les bandes d'électrons qui enveloppent la planète. Sans le noyau interne solide de la Terre, ce champ serait beaucoup plus faible et la surface planétaire serait bombardée de radiations et de vents solaires qui dépouilleraient l'atmosphère et rendraient la surface inhabitable.
Pour la nouvelle étude, l'équipe a examiné les données sismiques enregistrées par 20 réseaux de sismomètres placés dans le monde, dont deux en Antarctique. Le plus proche de l'Utah est à l'extérieur de Pinedale, Wyo.Ces instruments sont insérés dans des forages forés jusqu'à 10 mètres dans des formations granitiques et disposés en motifs pour concentrer les signaux qu'ils reçoivent, de la même manière que fonctionnent les antennes paraboliques.
Pang a analysé les ondes sismiques de 2 455 tremblements de terre, tous dépassant la magnitude 5,7, soit environ la force du tremblement de terre de 2020 qui a secoué Salt Lake City. La façon dont ces ondes ont rebondi sur le noyau interne aide à cartographier sa structure interne.
Les tremblements de terre plus petits ne génèrent pas de vagues suffisamment fortes pour être utiles à l'étude.
"Ce signal qui revient du noyau interne est vraiment minuscule. Sa taille est de l'ordre du nanomètre", a déclaré Koper. "Ce que nous faisons, c'est chercher une aiguille dans une botte de foin. Donc, ces échos et reflets de bébé sont très difficiles à voir."
Le noyau change
Les scientifiques ont utilisé pour la première fois des ondes sismiques pour déterminer que le noyau interne était solide en 1936. Avant la découverte par la sismologue danoise Inge Lehmann, on supposait que tout le noyau était liquide car il est extrêmement chaud, approchant 10 000 degrés Fahrenheit, environ la température sur le soleil. surface.
À un certain moment de l'histoire de la Terre, le noyau interne a commencé à "nucléer", ou à se solidifier, sous les pressions intenses existant au centre de la planète. On ne sait toujours pas quand ce processus a commencé, mais l'équipe U a glané des indices importants à partir des données sismiques, qui ont révélé un effet de diffusion associé aux ondes qui ont pénétré à l'intérieur du noyau.
"Notre plus grande découverte est que l'inhomogénéité a tendance à être plus forte lorsque vous vous enfoncez plus profondément. Vers le centre de la Terre, elle a tendance à être plus forte", a déclaré Pang.
"Nous pensons que ce tissu est lié à la vitesse de croissance du noyau interne. Il y a longtemps, le noyau interne a grandi très rapidement. Il a atteint un équilibre, puis il a commencé à croître beaucoup plus lentement", a déclaré Koper. "Tout le fer n'est pas devenu solide, donc du fer liquide pourrait être piégé à l'intérieur."
Des chercheurs de l'Université de Californie du Sud, de l'Université de Nantes en France et du Laboratoire national de Los Alamos ont participé à l'étude.
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COMMENTAIRES
Cet aricle cmplète les informations d un article de l'université de Technologie de Californie et reponds a des questions que les lecteurs avaient posé ; mais il permet en outre d'apporter des précisions expérimentales :
1 /Les scientifiques ont-ils foré jusqu au noyau interne de la Terre ?NON bien sur ! Mais pour la première fois, des scientifiques ont foré dans une montagne sous-marine ...
2/Comment les scientifiques ont-ils découvert le noyau interne ?
Les scientifiques s'appuient sur les ondes sismiques - les ondes de choc générées par les tremblements de terre et les explosions qui traversent la Terre et sa surface - pour révéler la structure de l'intérieur de la planète. Des milliers de tremblements de terre se produisent chaque année, et chacun d'eux offre un aperçu fugace local de l'intérieur de la Terre.
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More information: Guanning Pang, Enhanced inner core fine-scale heterogeneity towards Earth's centre, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06213-2. www.nature.com/articles/s41586-023-06213-2
Journal information: Nature
Provided by University of Utah
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