Vestiges du violent passé de la Terre, de mystérieuses structures pourraient reposer près de son noyau
Des chercheurs ont utilisé les ondes sismiques pour sonder les profondeurs de la Terre et étudier les mystérieuses structures entre le manteau et le noyau de fer liquide.
Dans les profondeurs de la planète, il existe des zones où les ondes sismiques sont très lentes. Appelées « zones à très faible vitesse » (ULVZ pour Ultra low velocity zone), ces régions énigmatiques ont un diamètre de plusieurs centaines de kilomètres et une épaisseur de plusieurs dizaines de kilomètres. Mais on ne sait pas grand-chose de leur composition ou de leur origine, ni même si elles ont une origine unique ou plusieurs sources différentes.
De nouvelles recherches ont montré que ces zones sont constituées d’un matériau différent de celui qui les entoure et qu’elles sont restées pratiquement identiques pendant des milliards d’années, ce qui suggère qu’elles sont des vestiges des processus qui ont formé la Terre.
Selon Hrvoje Tkalčić de l’Université nationale australienne (ANU), qui a cosigné l’étude (lien plus bas) :
Pendant longtemps, personne ne savait vraiment avec certitude de quoi étaient constituées ces mystérieuses ULVZ. Maintenant, nous avons développé l’image la plus claire à ce jour. Grâce aux progrès de la sismologie et de la géophysique mathématique réalisés à l’ANU, nous avons montré que les ULVZ sont constituées de couches.
Au cours des milliards d’années où la Terre s’est façonnée et remodelée, ces zones se sont agitées près du noyau de la planète, mais sont restées en grande partie intactes.
C’est comme un œuf dans un gâteau qui ne se mélange pas au reste des ingrédients, mais reste sous forme de jaune et de blanc d’œuf, malgré le mélange constant tout autour de lui.
L’équipe, dirigée par le géophysicien Surya Pachhai de l’université de l’Utah (Etats-Unis), s’est concentrée sur les ULVZ sous la mer de Corail, entre l’Australie et la Nouvelle-Zélande. Les tremblements de terre sont fréquents dans cette région et envoient fréquemment des ondes sismiques à travers la limite noyau-manteau où se trouvent les ULVZ, ce qui en fait un lieu d’étude idéal.
Mais au lieu de mesurer directement les ondes sismiques à travers près de 3000 kilomètres de croûte et de manteau, l’équipe a utilisé une approche du domaine de la rétro-ingénierie.
Selon Pachhai :
Nous pouvons créer un modèle de la Terre qui inclut des réductions de vitesse d’ondes ultra-basses, puis exécuter une simulation informatique qui nous dit à quoi ressembleraient les formes d’ondes sismiques si c’était ce à quoi la Terre ressemblait réellement.
Notre prochaine étape consiste à comparer ces prévisions d’enregistrements avec les enregistrements dont nous disposons réellement.
Sur des centaines de milliers d’exécutions de modèles, la méthode a produit un modèle mathématiquement robuste de l’intérieur de la planète. Elle a permis de révéler que ces ULVZ ont probablement des couches, ce qui nous donne des indices sur la façon dont la Terre s’est formée et a évolué.
À ses débuts, la Terre était un monde chaud et violent. Le système solaire lui-même était encore en formation, les roches et les planétoïdes entrant constamment en collision dans leur orbite autour du Soleil. Puis, il y a environ 4 milliards d’années, un objet de la taille de Mars se serait écrasé sur la Terre, projetant des débris qui auraient pu former la Lune et augmenter la température de la Terre.
Toujours selon Pachhai :
En conséquence, une grande masse de matière en fusion, connue sous le nom d’océan magmatique, s’est formée. Un enchevêtrement de roches, de gaz et de cristaux était en suspension dans ce magma. En se refroidissant, les matériaux les plus denses ont coulé au fond du manteau terrestre.
Au fur et à mesure que les siècles, les millénaires et les éons se succédaient, le manteau s’est mis à remuer et a concentré ces matériaux plus denses en petites parcelles, formant ainsi des zones à très faible vitesse.
A partir de l’étude : une simulation de l’évolution de l’intérieur de la terre au fil du temps, montrant l’évolution thermique (en bas), chimique (au milieu) et thermochimique dans des conditions simulées. Le bas de chaque champ est la limite noyau-manteau. Des zones à très basse vitesse sont visibles dans les champs du haut et du milieu, se formant aux sommets des zones bleu clair. (Surya Pachhai et col./ Nature Geoscience)
Mais la découverte la plus surprenante, selon Pachhai, est que les ULVZ sont plus diversifiées qu’on ne le pensait auparavant.
Les ULVZ ne sont pas homogènes, mais contiennent de fortes variations structurelles et compositionnelles en leur sein.
Nous avons constaté que ces types d’ULVZs peuvent s’expliquer par des hétérogénéités chimiques créées au tout début de l’histoire de la Terre et qu’elles ne sont toujours pas bien mélangées après 4,5 milliards d’années de convection du manteau.
Il pourrait encore y avoir d’autres types d’ULVZ, différentes recherches suggérant que ces zones pourraient également être le résultat de la fonte de la croûte océanique, s’enfonçant à nouveau dans le manteau.
Le voyage scientifique vers le centre de la Terre se poursuit donc.
L’étude publiée dans Nature Geoscience : Internal structure of ultralow-velocity zones consistent with origin from a basal magma ocean et présentée sur le site de l’Université de l’Utah : Possible chemical leftovers from early Earth sit near the core et sur le site de l’Université nationale australienne : Scientists discover leftovers of Earth’s dramatic formation.