Faisons un voyage au plus profond de la terre, à travers la croûte et le manteau presque jusqu’au noyau. Nous utiliserons les ondes sismiques pour montrer la voie, car elles rebondissent sur la planète après un tremblement de terre et révèlent sa structure interne comme des ondes radar.

En bas près du coeur, là Régions Où les ondes sismiques ralentissent jusqu’au fluage. De nouvelles recherches de l’Université de l’Utah ont révélé que ces régions à vitesse extrêmement lente, mystérieuses et soi-disant ont des couches surprenantes. La modélisation suggère qu’il est possible que certaines de ces zones soient des vestiges des processus qui ont formé la Terre primitive – les restes d’un mélange inégal comme des touffes de farine au fond du bol du mélange.

Thorne, professeur adjoint au Département de géologie et de géophysique : « De toutes les caractéristiques que nous connaissons dans le manteau profond, les régions de très faible vitesse représentent ce qui peut être le plus extrême. » « En fait, ce sont quelques-uns des traits les plus extrêmes trouvés n’importe où sur la planète. »

L’étude a été publiée dans sciences naturelles de la terre Il est financé par la National Science Foundation.

dans un manteau

Voyons comment le sous-sol est structuré. Nous vivons sur la croûte, une fine couche de roche dure. Entre la croûte et le noyau fer-nickel au centre de la planète se trouve le manteau. Ce n’est pas un océan de lave – c’est plutôt de la roche solide, mais il est chaud et a la capacité de se déplacer qui entraîne le mouvement des plaques tectoniques à la surface.

Comment pouvons-nous avoir une idée de ce qui se passe dans le manteau et le noyau ? ondes sismiques. Alors qu’elles se propagent sur le sol après le tremblement de terre, les scientifiques à la surface peuvent mesurer comment et quand les ondes atteignent les stations de surveillance du monde entier. Avec ces mesures, ils peuvent calculer comment les ondes sont réfléchies et déviées par les structures à l’intérieur de la Terre, y compris des couches de différentes densités. C’est ainsi que nous connaissons les frontières entre la croûte, le manteau et le noyau – et en partie comment nous savons quels sont leurs composants.

Les régions à très faible vitesse sont situées dans la partie inférieure du manteau, au-dessus du noyau externe de métal liquide. Dans ces régions, les ondes sismiques ralentissent de moitié et l’intensité augmente d’un tiers.

Les scientifiques pensaient initialement que ces zones étaient des zones de manteau partiellement fondu, peut-être une source de magma pour les régions volcaniques dites « chaudes » telles que l’Islande.

« Mais la plupart des choses que nous appelons zones à très faible vitesse ne semblent pas se trouver sous les volcans des points chauds, donc cela ne peut pas être toute l’histoire », explique Thorne.

Thorne, la scientifique postdoctorale Surya Bachai et ses collègues de l’Australian National University, de l’Arizona State University et de l’Université de Calgary ont donc entrepris d’explorer une hypothèse alternative : les régions à très faible vitesse pourraient être des régions constituées de roches différentes des autres. manteau – et que sa composition remonte aux origines de la terre.

Peut-être que les régions à vitesse ultra-faible pourraient être des amas d’oxyde de fer, que nous considérons comme de la rouille à la surface mais peuvent se comporter comme du métal dans le manteau profond, dit Thorne. Si tel est le cas, des poches d’oxyde de fer juste à l’extérieur du noyau pourraient affecter le champ magnétique terrestre généré directement en dessous.

« Les propriétés physiques des régions à ultra-faible vitesse sont liées à leur origine », explique Bachai, « qui à son tour fournit des informations importantes sur l’état thermique et chimique, l’évolution et la dynamique du manteau inférieur de la Terre – une partie essentielle de la convection du manteau qui entraîne la tectonique des plaques.

Ondes sismiques inversées

Pour obtenir une image claire, les chercheurs ont étudié les zones à ultra-faible vitesse sous la mer de Corail, entre l’Australie et la Nouvelle-Zélande. C’est un emplacement idéal en raison de l’abondance de la sismicité dans la région, qui fournit une image sismique à haute résolution de la limite noyau-manteau. L’espoir était que les observations à haute résolution révéleraient plus sur la façon dont les régions à ultra-faible vitesse sont regroupées.

Mais obtenir une image sismique de quelque chose à travers environ 1 800 miles de croûte et de manteau n’est pas facile. Ce n’est pas non plus toujours concluant : une couche épaisse d’un matériau à faible vitesse peut refléter les ondes sismiques de la même manière qu’une fine couche d’un matériau à faible vitesse.

L’équipe a donc utilisé une approche d’ingénierie inverse.

« Nous pouvons créer un modèle de la Terre qui inclut des réductions de vitesse d’onde très faibles », dit Bachai, puis exécuter une simulation informatique qui nous indique à quoi ressembleraient les formes d’onde sismiques si c’était la forme réelle de la Terre. La prochaine étape consiste à comparer ces enregistrements attendus avec les enregistrements que nous avons déjà.

Sur des centaines de milliers d’exécutions de modèles, la méthode, appelée inversion bayésienne, produit un modèle mathématique robuste de l’intérieur avec une bonne compréhension des incertitudes et des compromis de diverses hypothèses dans le modèle.

Une question spécifique à laquelle les chercheurs voulaient répondre était de savoir s’il y avait des structures internes, telles que des couches, dans des régions à très faible vitesse. La réponse, selon les modèles, est que les couches sont fortement pondérées. C’est un gros problème, car cela montre comment comprendre à quoi ressemblent ces zones.

« À notre connaissance, il s’agit de la première étude à utiliser une telle approche bayésienne à ce niveau de détail pour étudier des régions à très faible vitesse », explique Bachai, « et c’est également la première à montrer de fortes couches dans une région à très faible vitesse.  » « 

Retour sur les origines de la planète

Qu’est-ce que cela signifie qu’il y a des couches potentielles?

Il y a plus de quatre milliards d’années, alors que le fer dense s’enfonçait dans le noyau de la Terre primitive et que des métaux plus légers flottaient dans le manteau, un corps planétaire de la taille de Mars aurait pu entrer en collision avec la planète enfant. La collision a peut-être projeté des débris sur l’orbite terrestre qui auraient pu former plus tard la Lune. Cela a également augmenté considérablement la température de la Terre – comme on peut s’y attendre de la collision de deux planètes.

« En conséquence, une grande masse de magma s’est formée, connue sous le nom d’océan de magma », explique Bachai. L’« océan » était composé de roches, de gaz et de cristaux en suspension dans le magma.

L’océan se serait arrangé en se refroidissant, le matériau plus dense et en couches s’enfonçant au fond du manteau.

Au cours des milliards d’années suivants, alors que le manteau s’affaissait et se transformait en convection, la couche dense aurait été poussée en de minuscules plaques, émergeant comme les régions de stratification à très faible vitesse que nous voyons aujourd’hui.

« Donc, la découverte initiale et la plus surprenante est que les régions à très faible vitesse ne sont pas homogènes mais ont de fortes hétérogénéités (différences structurelles et de composition) en leur sein », explique Bachai. « Cette découverte change notre vision de l’origine et de la dynamique de la très faible vitesse. Régions. Nous avons découvert que ce type de région à très faible vitesse peut s’expliquer par l’hétérogénéité chimique qui a été créée au début de l’histoire de la Terre et qu’ils ne l’ont pas encore fait. bien mélangé après 4,5 milliards d’années de convection dans le manteau. »

Pas le dernier mot

L’étude fournit des preuves des origines de certaines régions à très faible vitesse, bien qu’il existe également des preuves indiquant des origines différentes pour d’autres, telles que la fonte de la croûte océanique qui s’enfonce dans le manteau. Mais si au moins certains très faibles ● vitesse Les régions sont des vestiges de la Terre primitive, elles préservent une partie de l’histoire de la planète qui serait autrement perdue.

« Par conséquent, notre découverte fournit un outil pour comprendre l’état thermique et chimique initial de la Terre. manteauet son évolution à long terme », explique Bachai.  »