Crédit : Laboratoire National d’Argonne
À plus de 5 000 kilomètres sous nous, le noyau métallique solide de la Terre n’a pas été découvert jusqu’en 1936 . Près d’un siècle plus tard, nous avons encore du mal à répondre aux questions fondamentales sur quand et comment il s’est formé pour la première fois.
Ce ne sont pas des énigmes faciles à résoudre. Nous ne pouvons pas directement échantillonner le noyau interne, donc la clé pour percer ses mystères est basée sur la collaboration entre sismologues , qui l’échantillonnent indirectement avec des ondes sismiques, géodynamiciens , qui créent des modèles de sa dynamique, et physiciens des minéraux , qui étudient le comportement des alliages de fer à hautes pressions et températures.
En combinant ces disciplines, les boffins ont fourni un indice significatif sur ce qui se passe à des kilomètres sous nos pieds. Dans une toute nouvelle étude , ils révèlent comment le noyau interne de la Terre continue de croître plus rapidement d’un côté que de l’autre, ce qui peut aider à expliquer l’âge du noyau interne et l’histoire fascinante du champ magnétique terrestre.
Terre primitive
Le noyau de la Terre s’est formé très tôt dans l’histoire de 4,5 milliards d’années de notre planète, au cours des 200 premiers millions d’années. La gravité a attiré le fer le plus lourd au milieu de la jeune planète, laissant les minéraux rocheux et silicatés produire le manteau et la croûte.
La formation de la Terre a capturé beaucoup de chaleur à l’intérieur de la planète. La perte de cette chaleur et le réchauffement dû à la désintégration radioactive en cours ont depuis entraîné l’évolution de notre planète. La perte de chaleur à l’intérieur de la Terre entraîne le flux vigoureux dans le noyau externe de fer liquide, ce qui crée Le champ magnétique terrestre . Pendant ce temps, le refroidissement dans l’intérieur profond de la Terre aide à alimenter la tectonique des plaques, qui façonne la surface de notre monde.
À mesure que la Terre se refroidissait au fil du temps, la température du plus grand marché de la planète a finalement chuté en dessous du point de fusion du fer à des pressions extrêmes, et le noyau interne a commencé à se cristalliser. Aujourd’hui, le noyau interne continue de croître d’environ 1 mm de rayon chaque année, ce qui équivaut à la solidification de 8 000 tonnes de fer en fusion tous les deux. Dans des milliards d’années, ce refroidissement finira par conduire à la solidification du noyau complet, laissant la Terre sans son champ magnétique protecteur.
Problème de base
On pourrait supposer que cette solidification crée une sphère solide homogène, mais ce n’est pas le cas. Dans les années 1990, scientifiques réalisé que la vitesse des ondes sismiques traversant le noyau interne variait de manière inattendue. Cela suggérait que quelque chose d’asymétrique se produisait dans le noyau interne.
Plus précisément, les moitiés est et ouest du noyau interne ont montré différentes variations de vitesse des ondes sismiques. L’est du noyau interne principal se trouve sous l’Asie, l’océan Indien et l’océan Pacifique occidental, et l’ouest se trouve sous les Amériques, l’océan Atlantique et le Pacifique oriental.
Les ondes sismiques ont suggéré que le noyau de fer solide de la Terre est asymétrique. Crédit : Sanne Cottaar, Auteur fourni
La nouvelle étude a sondé ce mystère, en utilisant de nouvelles observations sismiques combinées à une modélisation géodynamique et à des estimations du comportement des alliages de fer à haute pression. Ils ont découvert que le noyau interne oriental situé sous la mer de Banda en Indonésie croît plus rapidement que le côté ouest sous le Brésil.
Il est possible de considérer cette croissance inégale comme une tentative de faire de la crème glacée dans un congélateur qui ne s’occupe que d’un côté : les cristaux de glace ne se forment que sur le côté de la crème glacée où en fait le refroidissement est efficace. Sur Terre, la croissance inégale est due au fait que le reste de la planète aspire la chaleur plus rapidement de certaines parties du noyau interne que d’autres.
Mais contrairement à la crème glacée, le noyau interne solide est soumis à des forces gravitationnelles qui répartissent uniformément la nouvelle croissance au moyen d’un processus de flux intérieur rampant, qui maintient la forme sphérique du noyau interne. Ce qui signifie que la Terre ne risque pas de basculer, bien que cette croissance inégale soit enregistrée dans les vitesses des ondes sismiques dans le noyau interne de notre planète.
Datant du noyau
Alors, cette approche nous aide-t-elle à comprendre quel âge peut avoir le noyau interne ? Lorsque les chercheurs ont fait correspondre leurs observations sismiques avec leurs modèles d’écoulement, ils ont découvert qu’il est probable que le noyau interne – au milieu de l’ensemble du noyau qui s’est formé beaucoup plus tôt dans la journée – ait entre 500 millions et 1 500 millions d’années.
L’analyse rapporte que l’extrémité la plus jeune de cette longue période est la meilleure correspondance, bien que l’extrémité la plus âgée corresponde une estimation en mesurant les changements dans la puissance du champ magnétique terrestre. Quel que soit le nombre réellement correct, il est clair que le noyau interne est un jeune relatif, quelque part entre un neuvième et un tiers de l’âge de la Terre elle-même.
Ce nouveau travail présente un nouveau modèle robuste du noyau interne. Mais un certain nombre d’hypothèses physiques formulées par les auteurs devraient être vraies pour que cela soit correct. Par exemple, le modèle ne fonctionne que si le noyau interne est constitué d’une phase cristalline spécifique de fer, à propos de laquelle il existe une certaine incertitude.
Et notre noyau interne inégal rend-il la Terre inhabituelle ? Il se trouve que de nombreux corps planétaires ont deux moitiés qui sont en quelque sorte différentes l’une de l’autre. Au Mars , la surface de la moitié nord est plus basse tandis que la moitié sud est plus montagneuse. Les la lune la croûte du côté proche est chimiquement différente de celle du côté éloigné. Au Mercure et Jupiter ce n’est pas la surface qui peut être irrégulière mais le champ magnétique, qui ne forme pas une image miroir entre le nord et le sud.
Ainsi, alors que les causes de toutes ces asymétries varient, la Terre est apparemment en bonne compagnie en tant que planète légèrement asymétrique dans un système solaire de corps célestes déséquilibrés.
Compilé par:
- Jessica Irving – Maître de conférences en géophysique, Université de Bristol
- Sanne Cottaar – Maître de conférences en sismologie globale, Université de Cambridge
Cet article a été publié dans La conversation . 
Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez Le noyau de la Terre est-il déséquilibré ? Quelque chose d’étrange se déroule à l’intérieur de notre planète.
Référence : « Dynamic history of the inner core contraint by sismic anisotropy » par Daniel A. Frost, Marine Lasbleis, Brian Chandler et Barbara Romanowicz, 3 juin 2021, Géosciences de la nature .
DOI : 10. 1038/s41561-021-00761-w
