Les scientifiques théorisent qu'à l'intérieur de la Terre, les conditions sont extrêmement chaudes et extrêmement sous pression. C'est ce qui permet au noyau principalement en fer et en nickel d'être divisé entre une région intérieure solide et une région extérieure liquide. On pense que la dynamique de ce noyau est à l’origine de la magnétosphère protectrice de notre planète, raison pour laquelle les scientifiques sont déterminés à en améliorer la compréhension.
Grâce à de nouvelles recherches menées par une équipe internationale de scientifiques, il apparaît que la région centrale reçoit également sa juste part de «neige»! En d'autres termes, leurs recherches ont montré qu'à l'intérieur du noyau externe, de minuscules particules de fer se solidifient et tombent pour former des tas atteignant 320 km (200 mi) d'épaisseur au-dessus du noyau externe. Ces découvertes pourraient considérablement améliorer notre compréhension des forces qui affectent la planète entière.
La recherche a été menée par une équipe de chercheurs de la Jackson School of Geosciences de l'Université du Texas à Austin dirigée par le professeur Youjun Zhang de l'Institut de physique atomique et moléculaire de l'Université du Sichuan. L'étude qui décrit leurs recherches a été publiée dans le numéro du 23 décembre du Journal of Geophysical Research (JGR) Solid Earth.
L'étude des profondeurs de la Terre n'est pas une tâche facile, car un radar pénétrant le sol ne peut pas sonder qu'un échantillonnage profond et direct est absolument impossible. En conséquence, les chercheurs sont obligés d'étudier l'intérieur de la Terre grâce à la science de la sismologie - c'est-à-dire l'étude des ondes sonores générées par l'activité géologique et traversant la planète régulièrement.
En mesurant et en analysant ces vagues, les géologues peuvent obtenir une meilleure image de la structure et de la composition de l’intérieur. Ces dernières années, ils ont noté une divergence entre les données sismiques et les modèles actuels du cœur de la Terre. Essentiellement, les ondes mesurées se déplaceraient plus lentement que prévu en passant par la base du noyau externe et plus rapidement en se déplaçant à travers l'hémisphère oriental du noyau interne.
Pour résoudre ce mystère, le professeur Zhang et ses collègues ont proposé que la cristallisation des particules de fer puisse se produire dans le noyau externe, créant un noyau interne «enneigé». La théorie selon laquelle une couche de suspension existe entre le noyau interne et externe a été proposée pour la première fois par S.I. Braginskii en 1963, mais a été rejetée en raison de la connaissance courante des conditions de chaleur et de pression dans le noyau.
Cependant, en utilisant une série d'expériences menées sur des matériaux de type noyau et des études scientifiques plus récentes, le professeur Zhang et son équipe ont pu montrer que la cristallisation dans le noyau externe est effectivement possible. De plus, ils ont découvert qu'environ 15% de la partie la plus basse du noyau externe pourrait être constituée de cristaux à base de fer qui finiront par tomber et se déposer sur le noyau interne solide.
"C'est une chose bizarre à laquelle penser", a déclaré Nick Dygert, professeur adjoint à l'Université de Tenessee, qui a aidé à mener la recherche dans le cadre d'une bourse postdoctorale avec le JSG. "Vous avez des cristaux dans le noyau externe qui descendent sur le noyau interne sur une distance de plusieurs centaines de kilomètres."
Comme l'a expliqué le professeur Jung-Fu Lin (un autre co-auteur de l'étude), cela ressemble à la façon dont les roches se forment à l'intérieur des volcans. "Le noyau métallique de la Terre fonctionne comme une chambre magmatique que nous connaissons mieux dans la croûte", a-t-il déclaré. L'équipe a même comparé le chapeau du processus à la formation de tas de particules de fer sur le noyau externe de la Terre à ce qui se passe à l'intérieur des chambres magmatiques plus près de la surface de la Terre.
Alors que le compactage des minéraux crée ce que l'on appelle la «roche cumulée» dans les chambres magmatiques, le compactage des particules de fer au plus profond de l'intérieur de la Terre contribue à la croissance du noyau interne et au rétrécissement du noyau externe. L'accumulation de ces particules contre le noyau externe expliquerait les aberrations sismiques puisqu'une variation d'épaisseur entre les hémisphères est et ouest expliquerait le changement de vitesse.
Étant donné l'influence du noyau sur les phénomènes à l'échelle de la planète - comme la magnétosphère susmentionnée et le chauffage qui stimule l'activité tectonique - en savoir plus sur sa composition et son comportement est essentiel pour améliorer notre compréhension du fonctionnement de ces processus plus vastes. À cet égard, les recherches menées par le professeur Zhang et ses collègues pourraient aider à résoudre des questions de longue date sur l’intérieur de la Terre et comment il en est arrivé.
Comme Bruce Buffet, professeur de géosciences à l'UC Berkley qui étudie les intérieurs planétaires (et n'était pas impliqué dans l'étude), l'a dit:
«Relier les prédictions du modèle aux observations anormales nous permet de tirer des inférences 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. La condition de départ est un facteur important pour que la Terre devienne la planète que nous connaissons. »
Étant donné la façon dont la magnétosphère terrestre et son activité tectonique auraient joué un rôle vital dans l'émergence et l'évolution de la vie, la compréhension de la dynamique de l'intérieur de notre planète pourrait également aider à la chasse aux exoplanètes potentiellement habitables - sans parler des extra- la vie terrestre!
La recherche a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le Fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales, la Jackson School of Geosciences, la National Science Foundation et la Sloan Foundation.
