Le noyau interne de la Terre est un étrange gâchis de fluides superioniques

Terre intérieur le noyau peut être constitué d’éléments légers fluides tourbillonnant au milieu d’un réseau solide de fer, selon une étude de simulation informatique.

Une équipe de physiciens a récemment modélisé le comportement d’alliages de fer et d’éléments plus légers comme l’hydrogène, le carbone et l’oxygène à des températures et des pressions extrêmement élevées au centre de notre planète. Dans ces conditions, la partie fer du mélange restait solide, mais les éléments plus légers devenaient ce qu’on appelait un fluide superionique : un état plus fluide qu’un solide, mais pas tout à fait aussi fluide qu’un liquide.

Selon l’article du physicien Yu He, de l’Académie chinoise des sciences, et ses collègues publié en février dans la revue Naturecette combinaison de fer solide et d’hydrogène, de carbone ou d’oxygène superionique pourrait expliquer certaines choses très déconcertantes que les sismologues ont observées à propos des profondeurs intérieures de notre planète.

Quoi de neuf – Les simulations de lui et de ses collègues suggèrent que dans les conditions du noyau interne, un simple alliage de fer et de carbone pourrait se transformer en quelque chose avec une structure beaucoup plus complexe. Et cela, à son tour, pourrait expliquer certaines choses très déconcertantes que les sismologues ont observées sur les profondeurs intérieures de notre planète.

Dans des modèles informatiques basés sur la mécanique quantique, He et ses collègues ont simulé ce qui arriverait à des mélanges fondus de fer et de différentes combinaisons d’hydrogène, de carbone et d’oxygène à des températures d’environ 5 200 degrés Celsius et des pressions d’environ 3,6 millions d’atmosphères. C’est à cela que ressemble le noyau interne de la Terre – qui commence à environ 5 300 kilomètres sous nos pieds.

Et il s’avère que dans ces conditions, le fer devient un solide ; ses atomes restent au même endroit, vibrant silencieusement. Mais les atomes d’éléments plus légers, comme ceux que lui et ses collègues disent être les plus susceptibles de faire partie du mélange de matières en fusion dans le noyau de la Terre, rebondissent davantage, coulant presque – mais pas tout à fait – comme un liquide. Le résultat est un cadre solide d’atomes de fer, avec un mélange fluide d’atomes plus légers flottant dans les espaces entre eux.

Lorsque lui et ses collègues ont simulé la façon dont les ondes sismiques se déplaceraient à travers leur modèle du noyau interne de la Terre, les résultats semblaient très similaires aux données sismiques du monde réel. Cela a dit aux chercheurs que leur modèle était une explication plausible de ce qui se passe au cœur de notre planète. Il a également suggéré que les fluides superioniques dans le noyau de la Terre pourraient expliquer Pourquoi les ondes sismiques se déplacent à travers le noyau interne comme elles le font.

Voici le contexte – Lors d’un tremblement de terre, certaines ondes sismiques, appelées ondes de surface, se déplacent le long de la croûte terrestre ; d’autres, appelées ondes corporelles, traversent l’intérieur de la planète. Mesurer à quelle vitesse les ondes corporelles traversent les couches de la planète et comment leurs propriétés changent en cours de route peut révéler des informations sur la structure de notre planète. Les ondes corporelles, par exemple, nous permettent de savoir que le noyau de la Terre a deux couches et que la couche externe est principalement constituée de fer liquide.

La mesure des ondes sismiques traversant le noyau de la Terre a également révélé aux scientifiques qu’il est composé de quelque chose d’un peu moins dense que le fer pur. Des éléments plus légers comme l’hydrogène, le carbone et l’oxygène font probablement partie du mélange, formant une combinaison appelée alliage. Ces éléments sont probablement suspects car ils sont trois des quatre éléments les plus courants de notre système solaire et ils font partie de l’intérieur de la Terre depuis la formation de la planète.

Cependant, les sismologues ont remarqué que certaines ondes sismiques traversant le noyau interne de la Terre ralentissent beaucoup plus qu’elles ne le devraient si elles traversent une boule solide d’un alliage de fer uniformément mélangé. Cela signifie que quelque chose d’autre doit se passer dans le noyau interne.

“Les observations sismologiques suggèrent que la structure du noyau interne est compliquée et difficile à comprendre”, ont écrit He et ses collègues dans leur article, mais ils disent que leurs simulations récentes pourraient indiquer la réponse à ce qu’ils appellent “les énigmes sismiques de longue date”. du noyau interne. »

Uranus et Neptune sont les seules «géantes de glace» connues de notre système solaire et pourraient être des refuges pour les fluides superioniques. Nasa

Pourquoi est-ce important – Lui et ses collègues disent que leur modèle pourrait expliquer pourquoi les ondes sismiques ralentissent lorsqu’elles traversent le noyau interne de la Terre, ainsi que pourquoi les ondes sismiques traversent le centre de la Terre environ 3% plus rapidement d’un pôle à l’autre qu’à travers l’équateur.

Les ondes de pression, telles que les ondes sonores et les ondes sismiques, se propagent plus rapidement à travers des matériaux plus denses. Les fluides superioniques sont moins denses que les solides ; leurs atomes sont plus éloignés et se déplacent plus librement. Cela signifie que les ondes sismiques ne traverseront pas un fluide superionique aussi rapidement qu’à travers un solide, ce qui pourrait expliquer pourquoi les ondes sismiques ralentissent leur chemin à travers le noyau interne de la Terre.

Pendant ce temps, alors que les atomes de fer du noyau interne sont solides et stationnaires, les éléments superioniques plus légers sont en mouvement constant. L’intérieur de la Terre est chaud, mais certaines régions sont plus chaudes que d’autres. Cela génère un mouvement de barattage constant appelé convection, car le matériau chaud a tendance à monter tandis que le matériau plus froid a tendance à couler. La convection dans le manteau terrestre provoque le déplacement des plaques tectoniques, produisant les tremblements de terre dont les ondes sismiques nous aident à comprendre le noyau.

Dans le noyau interne, si He et ses collègues ont raison, la convection maintiendrait le fluide superionique en mouvement, circulant parmi le réseau solide d’atomes de fer. Ce flux constant peut signifier que certaines parties du noyau interne peuvent contenir plus de morceaux solides que d’autres, ou plus fluides. Et cela pourrait expliquer pourquoi les ondes sismiques se déplacent un peu plus vite d’un pôle à l’autre.

“Ce phénomène peut fournir une interprétation alternative des différents temps de trajet de victimes similaires”, ont écrit He et ses collègues.

Une meilleure compréhension du fonctionnement des fluides superioniques dans le noyau terrestre pourrait également nous aider à comprendre d’autres mondes. Certains scientifiques planétaires ont également suggéré que des fluides superioniques pourraient exister à l’intérieur de géantes de glace comme Neptune, Uranus et des exoplanètes de tailles similaires.

Et après – La Terre a un champ magnétique car le fer liquide du noyau externe se déplace également grâce à la convection, et ce mouvement crée un électroaimant géant au centre de notre planète. Lui et ses collègues suggèrent que le champ magnétique terrestre peut également affecter la façon dont le carbone superionique, l’hydrogène et l’oxygène se déplacent dans le noyau interne.

D’autre part, au plus profond des géantes de glace Neptune et Uranus, la convection de fluides superioniques pourrait en fait influencer les champs magnétiques des planètes.

Il faudra des recherches supplémentaires pour comprendre s’il existe un lien entre les champs magnétiques et les fluides superioniques dans le noyau interne de la Terre, mais les résultats pourraient nous dire quelque chose de nouveau sur la dynamo qui alimente notre planète.

Leave a Comment