à environ 2 900 kilomètres-moins de trois jours de route, si cela était possible-se trouve la structure la plus spectaculaire de la Terre. Largement ignorée dans les recherches passées, la région éloignée située entre le manteau inférieur et le noyau supérieur s’avère cruciale pour comprendre l’évolution chimique et thermique de la planète. N’étant plus considérée comme un simple contact délimitant le noyau externe en fer liquide du manteau rocheux, la région noyau-manteau pourrait en fait être la zone géologiquement la plus active de la Terre., Ses caractéristiques semblent avoir énormément changé au cours de l’histoire de la Terre, et ses propriétés physiques varient d’un endroit à l’autre près de la surface inférieure du manteau. En fait, les changements physiques à travers l’interface entre le noyau et le manteau sont plus prononcés que ceux à travers la surface planétaire séparant l’air et la roche.
on pense que la forte hétérogénéité de la région limite noyau-manteau influence de nombreux processus géologiques à l’échelle mondiale . La dynamique de la zone affecte le léger vacillement de l’axe de rotation des terres et les caractéristiques du champ géomagnétique., Les Variations dans la région noyau-manteau modulent également la convection dans le manteau terrestre, qui est responsable du mouvement des continents et des plaques tectoniques.
le premier indice que quelque chose d’inhabituel se passait à la profondeur où le noyau et le manteau se rencontrent est venu au milieu des années 1930. les Vibrations générées par les tremblements de terre ont fourni l’indice. Dans la majeure partie du manteau, la vitesse des ondes sismiques augmente en fonction de la profondeur. De plus, les variations latérales de la vitesse des ondes sismiques ne sont que mineures., On peut interpréter ces caractéristiques comme signifiant que la Terre devient « plus simple » en ce qui concerne la profondeur-c’est-à-dire que la composition et la structure de la planète deviennent plus uniformes. En revanche, la grande diversité des structures géologiques et des roches observées sous les pieds révèle que la surface est la région la plus compliquée.
pourtant, le comportement de vitesse des ondes sismiques ne tient qu’à un certain point., Aux quelques centaines de kilomètres les plus bas du manteau, juste avant le début du noyau, la vitesse moyenne des ondes sismiques n’augmente pas sensiblement et des changements de vitesse plus significatifs apparaissent d’une région à l’autre . L’effet est subtil, ne représentant que quelques pour cent de différence. Pourtant, selon les normes géologiques, ces quelques pour cent représentent d’énormes variations de structure, de température ou des deux., Les premiers travailleurs ont reconnu l » importance des changements du comportement simple dans le manteau inférieur sus-jacent et par conséquent nommé cette région, qui a été déduit pour être d « environ 200 à 400 kilomètres d « épaisseur, la couche D ».
L’origine du nom couches (prononcé « dee double prime ») est plus historique que poétique. Les premiers géologues avaient étiqueté les parties de la terre profonde avec des lettres de l’alphabet, plutôt que comme croûte, manteau et noyau. Cette forme d’identification, cependant, signifiait que toute couche intermédiaire découverte par la suite devait incorporer un symbole « premier » pour la distinguer., Bien que d » autres couches aient finalement été renommées, La nomenclature D » a perduré.
Les chercheurs ont proposé de nombreuses interprétations pour rendre compte des propriétés sismiques de la couche D ». Malheureusement, il y avait beaucoup trop d’explications possibles et beaucoup trop peu d’informations pour permettre une caractérisation définitive de la couche. De meilleures descriptions de la couche D » ont dû attendre les percées technologiques des années 1980., Ensuite, en utilisant des réseaux d’instruments d’enregistrement déployés dans le monde entier, les sismologues pourraient pour la première fois collecter et traiter suffisamment de données pour obtenir des images tridimensionnelles de l’intérieur de la Terre. Ils ont utilisé des sismomètres qui fonctionnent principalement dans la plage comprise entre environ un et 0,0003 hertz, ou cycles par seconde. (Ces fréquences acoustiques sont très inférieures à la gamme de l’audition humaine, qui s’étend d’environ 20 à 20 000 hertz.) La tomographie sismique est souvent comparée aux tomodensitogrammes utilisés en médecine., Mais parce qu’elle repose sur les ondes sonores, la tomographie sismique s’apparente davantage à l’imagerie ultrasonore réalisée pendant la grossesse. Le principal inconvénient est sa résolution: les images de caractéristiques inférieures à 2 000 kilomètres ont tendance à être étalées.
néanmoins, la tomographie sismique a permis de quantifier les propriétés de la couche D ». Il a montré que la région diffère considérablement du manteau sus-jacent. Le fait que la vitesse des ondes sismiques soit affectée sur des zones de taille continentale montre que les structures à grande échelle dominent D »., Pourtant, la tomographie sismique n’a pas pu expliquer les causes de cette variabilité des propriétés physiques. De grandes structures chimiquement distinctes pourraient-elles exister au fond du manteau, tout comme les continents marquent l’hétérogénéité sismique de la surface de la Terre? Ou les hétérogénéités sont-elles simplement des différences de température à grande échelle à la base du manteau?
lire les ondes
pour répondre à ces questions, L’un d’entre nous (Lay) a commencé au début des années 1980 à mettre en œuvre une nouvelle méthode pour explorer la frontière noyau-manteau., L’idée était d’utiliser des calculs informatiques pour analyser toutes les caractéristiques du front d’onde sismique observé, pas seulement la vitesse de l’onde, comme dans le cas de la tomographie sismique. Une telle analyse de forme d’onde est une approche puissante car la technique peut résoudre des structures aussi petites que quelques dizaines de kilomètres au lieu de celles de 2 000 kilomètres ou plus. L’inconvénient est que l’on ne peut regarder que des parties limitées de la limite noyau-manteau. Il n’y a pas assez de tremblements de terre ou d’autres sources d’énergie sismique pour obtenir une image globale à un niveau de détail élevé.,
Les études de forme d’onde suggèrent que les régions voisines de la couche D » peuvent être plus distinctes qu’on ne le pensait. Par exemple, plusieurs groupes de recherche étudiant la limite noyau-manteau sous la Sibérie septentrionale ont constaté que les vitesses acoustiques varient si radicalement sur de courtes distances que des sismomètres rapprochés enregistraient systématiquement différentes formes d’onde. La conclusion peut être expliquée en supposant que l’hétérogénéité des vitesses sismiques est de grande ampleur et se produit sur des distances plus petites que celles qui peuvent être résolues, c’est-à-dire à quelques dizaines de kilomètres., Les études de forme d’onde peuvent également cartographier les différences d’épaisseur de la couche D ». Dans de nombreux endroits, le sommet de la couche d » provoque une augmentation brutale de la vitesse des ondes, un processus qui reflète l » énergie sismique. Les réflexions ont révélé que l’épaisseur de la couche D » varie considérablement. La couche peut être si mince qu’elle est indétectable, ou elle peut s’étendre jusqu’à 300 kilomètres.
Les vitesses de cisaillement des ondes sismiques avec des directions horizontales et verticales de vibration diffèrent à l’intérieur de la couche D » which ce qui n’est pas le cas dans le manteau inférieur sus-jacent., Ce fait suggère un changement dans la texture de la roche entre la région D » et le manteau sus-jacent. Les études des formes d » onde ont en outre joué un rôle important dans la révélation de régions à grande échelle à faible vitesse dans la couche D « Sous le Pacifique central et l » Afrique australe. Lianxing Wen de L’Université Stony Brook et Sidao Ni et Donald Helmberger du California Institute of Technology ont cartographié des provinces massives à la base du manteau composées de matériaux apparemment chimiquement distincts avec une faible vitesse de cisaillement mais une vitesse de compression normale., Ces régions sous-tendent les régions à faible vitesse de cisaillement dans le manteau central, et les géophysiciens ont postulé que des panaches thermiques pourraient s’élever à partir des marges de ces régions.
Le groupe de Stanley M. Flatté à L’Université de Californie à Santa Cruz a permis de confirmer la grande variabilité de la couche D ». Au cours du milieu à la fin des années 1980, Flatté et ses collègues ont commencé à appliquer de nouvelles méthodes d’analyse des ondes aux signaux obtenus à partir d’ondes sismiques dispersées dans le manteau profond., Leur méthode repose sur une description statistique de la propagation des ondes à travers une substance fortement diffusante. Un tel matériau serait analogue au brouillard ou aux nuages. L’approche de Flatté est d’observer comment le front d’onde d’un tremblement de terre change de forme après avoir traversé la région D ». Un tremblement de terre envoie initialement une onde lisse et en expansion sphérique. Mais comme cette onde est réfractée et dispersée par des variations de caractéristiques sismiques, telles que les fortes hétérogénéités près de la limite noyau-manteau, le front ne reste plus lisse. Il devient ondulé, ou ondulé .,
l’astuce pour mesurer le degré d’ondulation du front d’onde est un réseau dense de sismomètres. En prenant des observations d’une telle collection située en Norvège, Flatté a montré que la région D » apparaît assez trouble aux ondes sismiques. Il doit contenir des caractéristiques hétérogènes aussi petites que 10 kilomètres de longueur. Les observations sismologiques indiquent ainsi que la région D » est une couche hétérogène dont l » épaisseur varie latéralement.
contrairement au trouble de la couche D », la limite noyau-manteau (sur laquelle repose la couche D ») semble lisse et nette. John E., Vidale, maintenant à L’Université de Californie à Los Angeles, et Harley Benz de L’U. S. Geological Survey ont magnifiquement démontré la brusquerie de l’interface. Ils ont utilisé un grand nombre de stations d’enregistrement sismique qui avaient été déployées à travers l’ouest des États-Unis.le réseau de sismomètres surveille généralement l’activité sismique régionale, mais Vidale et Benz l’ont utilisé pour trouver des ondes sismiques qui ont rebondi sur la limite noyau-manteau. Remarquablement, les ondes sismiques sont arrivées de manière cohérente à travers plus de 900 stations du réseau., Cette cohérence implique que la limite noyau-manteau représente une transition nette du manteau au noyau, du moins pour la zone mesurée. La transition soudaine reflète jusqu’à 50% des ondes sismiques et transmet le reste. Les Analyses des ondes réfléchies et transmises montrent que la limite varie en profondeur de quelques kilomètres au maximum.
la limite noyau-manteau semble être un réflecteur pointu, de moins de quelques kilomètres d’épaisseur., Dans certaines régions, cependant, une mince couche de vitesse ultralow (vitesses de cisaillement réduites de 15 pour cent ou peut-être plus) a été observée en utilisant des ondes réfléchies ou diffractées le long de la limite noyau-manteau. Helmberger et Edward Garnero de L’Université D’État de L’Arizona ont détecté pour la première fois ces plaques de vitesse ultralow, qui ont les propriétés attendues pour les régions partiellement fondues adjacentes à la limite noyau-manteau.
Les études sur les ondes sismiques ont beaucoup contribué à élucider la couche D et la limite noyau-manteau., Mais l’inaccessibilité des régions a empêché les géophysiciens de comprendre complètement comment des structures aussi compliquées sont apparues.
chaleur et pression
Si les études sismiques ne peuvent pas complètement briser l’éloignement de la terre profonde, Pourquoi ne pas ramener le noyau et le manteau à la surface? C’est précisément l’approche adoptée par de nombreux chercheurs, dont l’un de nous (Jeanloz). Plus précisément, nous avons cherché à dupliquer la haute pression et la température existant dans le manteau et le noyau profonds., Une percée dans l’ingénierie a rendu un tel exploit possible: les enquêteurs avaient appris à compresser des échantillons minuscules entre les points de deux diamants et à chauffer l’échantillon à l’aide d’un faisceau laser de forte puissance. En 1986, les cellules diamantées pourraient générer des pressions supérieures à celles du Centre de la Terre.
la dureté du diamant n’est pas la seule raison d’utiliser la substance comme enclume. L’utilité du diamant réside également dans sa transparence. Un faisceau laser peut être focalisé directement à travers le diamant pour chauffer l’échantillon à des milliers de degrés Celsius., De plus, on peut observer le spécimen alors qu’il est à des pressions et températures très élevées. On détermine la température de l’échantillon en mesurant le rayonnement thermique de l’échantillon émet à travers le diamant. De cette façon, on peut quantifier à quel point le matériau est devenu « chaud au rouge » ou « chaud au blanc »; les astronomes déduisent les températures de surface des étoiles par couleur de la même manière. En utilisant la cellule diamant chauffée au laser, nous pouvons simuler les températures et les pressions appropriées à la limite noyau-manteau., Nous voulions voir ce qui se passerait lorsque nous mettrions la matière qui constitue le noyau externe en contact avec les minéraux du manteau le plus bas.
bien sûr, nous avions besoin de savoir quels matériaux composent le manteau et le noyau avant de les serrer ensemble. Pour déterminer les constituants du manteau, Elise Knittle, travaillant avec Jeanloz, a suivi les recherches menées par des groupes de l’Université nationale australienne, de la Carnegie Institution de Washington et d’ailleurs., Nous nous sommes appuyés sur des travaux expérimentaux antérieurs, des modèles théoriques et le fait que la pression dans le manteau inférieur dépasse 20 gigapascals (200 000 atmosphères).
à partir de ces informations, nous avons déduit qu’une seule phase minérale à haute pression doit dominer le manteau le plus bas. Ce minéral est une forme dense de silicate de fer et de magnésium, ou (Mg,Fe) SiO3, un composé robuste et chimiquement simple qui ne peut être formé que sous des pressions supérieures à 20 gigapascals. Parce qu’il a la même structure cristalline que la pérovskite minérale (CaTiO3), il est par conséquent appelé pérovskite de silicate de magnésium., La roche du manteau inférieur contient probablement aussi des quantités mineures de magnesiowüstite-une combinaison d’oxyde de magnésium (MgO) et de wüstite (FeO). Cette composition est tout à fait différente de la nature des roches à la surface de la terre ou à proximité. Ces roches de surface sont composées de nombreux minéraux différents et complexes qui réagissent chimiquement et se transforment en nouveaux minéraux sous de modestes changements de pression ou de température. La simplicité chimique déduite du manteau profond concorde bien avec les données dérivées des ondes sismiques, qui montrent qu’il est relativement dépourvu de structure (sauf pour la couche D »)., Cette cohérence nous donne confiance que nous examinons les minéraux appropriés dans nos simulations de laboratoire.
des expériences récentes et des calculs de mécanique quantique effectués par plusieurs groupes au Japon et aux États-Unis indiquent que la pérovskite de silicate de magnésium peut se transformer en une structure minérale légèrement plus dense aux hautes pressions et températures près de la base du manteau. Cette transition ne devrait se produire que dans les régions à basse température de D », si elle se produit dans la couche D » du tout.
déterminer le constituant du noyau était plus simple., Des études sismologiques réalisées il y a plus de 50 ans ont permis aux géophysiciens d’en déduire la structure. Le noyau est constitué d’une substance fondue entourant un centre solide. Le fluide est reconnu pour être un métal, plus précisément, un alliage de fer. En fait, le barattage du fer fondu génère un champ magnétique terrestre.
Après avoir établi les composés impliqués, Knittle, maintenant à L’Université de Californie à Santa Cruz, a effectué une série d’expériences dans lesquelles le fer liquide a été mis en contact avec la pérovskite de silicate cristallin à des pressions élevées., Elle a constaté que la pérovskite réagit vigoureusement avec le fer liquide, même si ces substances ne se touchent que quelques secondes. La nature de la réaction chimique est assez intéressante et inattendue. Les produits sont un mélange de minéraux d’oxyde électriquement isolants-pérovskite et stishovite de silicate de magnésium(SiO2) – et d’alliages métalliques-siliciure de fer (FeSi) plus wüstite. On ne savait pas que la Wüstite pouvait former un alliage métallique à n’importe quelle température ou pression., Qualitativement parlant, la wstite peut réagir de cette façon parce que son atome d’oxygène à haute pression prend les attributs chimiques normalement attribués à son voisin dans le tableau périodique, le soufre. Les sulfures métalliques tels que le disulfure de fer (pyrite, ou Fools gold) sont bien sûr bien connus.
Les expériences ont également montré que le fer liquide commence à réagir avec les substances du manteau à des pressions de 20 à 30 gigapascals. Ces pressions sont bien inférieures à celles à la limite noyau-manteau (136 gigapascals)., Par conséquent, les réactions ont probablement persisté depuis la première histoire de la planète-c’est-à-dire lorsque la Terre se développait et que le noyau pouvait se former à des pressions inférieures à 136 gigapascals. De telles réactions chimiques sont susceptibles d’avoir considérablement modifié le système noyau-manteau. Une quantité considérable d’oxygène a probablement été aspirée ou alliée au métal central au cours de l’histoire géologique. Essentiellement, la roche du manteau inférieur a été et se dissout lentement dans le métal liquide du noyau externe. Berni J., Alder du laboratoire national Lawrence Livermore a fait cette suggestion il y a plus de 25 ans. Nos expériences corroborent sa conjecture.
en effet, l’une des conséquences remarquables de cette hypothèse est qu’elle offre une explication simple pour expliquer pourquoi les propriétés du noyau sont presque mais pas exactement celles du fer à pression et température équivalentes. Plus particulièrement, la densité du noyau externe est environ 10 pour cent inférieure à celle du fer pur . Mais comme indiqué par l’hypothèse D’Alders et nos expériences sur les cellules de diamant, le noyau ne peut pas être complètement en fer., Un noyau purement en fer serait devenu contaminé par la réaction avec la roche sus-jacente au cours du temps géologique. Tout à fait plausible, le noyau n’a jamais été du fer pur. Au lieu de cela, il contenait probablement du nickel, du soufre et d’autres constituants mineurs. Les météorites riches en fer fournissent la base de cette hypothèse. De telles météorites, considérées comme des restes partiels des matériaux à partir desquels la Terre s’est formée, abritent de nombreux contaminants similaires. Comme le fer pur, ces alliages riches en fer peuvent réagir chimiquement avec des composés rocheux à des pressions et des températures élevées, formant un alliage avec l’oxygène.,
le noyau rencontre le manteau
selon nos expériences, le liquide dense du noyau externe doit s’infiltrer dans la roche, probablement par capillarité. Le métal fondu pénétrerait le long des limites entre les grains minéraux au fond du manteau. Les estimations des forces capillaires impliquées suggèrent que le liquide de noyau pourrait se déplacer vers le haut de quelques dizaines à des centaines de mètres au-dessus de la limite noyau-manteau. La réaction entre le liquide central et la roche du manteau a probablement lieu en moins d’un million d’années instant instantanément, en termes géologiques.,
le liquide, cependant, ne doit pas nécessairement toujours se déplacer vers le haut et travailler contre la gravité. L’interface entre le manteau et le noyau n’est pas susceptible d’être parfaitement plat. Le liquide métallique pénétrerait latéralement et vers le bas dans la roche du manteau à partir des régions où la limite noyau-manteau est élevée. Les mesures des études géodésiques et sismologiques indiquent que la topographie de la limite noyau-manteau s’écarte de la planéité absolue de centaines de mètres à quelques kilomètres., Par conséquent, la zone de perméation et de réaction chimique directe entre le liquide central et la roche du manteau ne dépasse pas des centaines à au plus des milliers de mètres d’épaisseur. L’estimation de la taille explique pourquoi toute zone de réaction à la limite noyau-manteau est difficile à détecter. L’épaisseur de la zone de réaction est inférieure aux longueurs d’onde sismiques typiques. De plus, pas plus d’une fraction modeste de la zone de réaction est constituée de liquide à un moment donné., Ainsi, détecter la présence d’une petite quantité de liquide dans une région mince nécessite une analyse très détaillée des ondes qui détectent la structure dans le manteau le plus bas.
comment ces réactions chimiques à la limite noyau-manteau rendent-elles compte des caractéristiques observées de la couche D »? La réponse réside dans un processus complexe et indirect résultant de forces qui agissent sur l’interface noyau-manteau. Les forces proviennent de l’énergie thermique du noyau sous-jacent, qui chauffe la roche à la base du manteau., En conséquence, la partie chauffée du manteau se déplace vers le haut sur une période de dizaines à centaines de millions d’années-bien plus longue que la réaction entre le noyau et le manteau, qui a lieu en moins d’un million d’années. La convection doit perturber la zone de réaction à la limite noyau-manteau, l’entraîner vers le haut et exposer la roche fraîche du manteau au liquide corrosif du noyau. La convection est la même force qui provoque le déplacement des plaques tectoniques à la surface de la Terre.,
La convection du manteau n’entraîne pas les liquides très loin; tout métal liquide qui pourrait être présent dans la limite s’écoule probablement, comme une spongieuse, à travers la roche poreuse avant de se déplacer vers le haut. D’autre part, les produits cristallins riches en fer de la zone de réaction, tels que la wstite, sont facilement incorporés dans le flux du manteau. La convection lente du manteau tire l’alliage cristallin sur une distance modeste avant que la densité des solides métalliques ne les fasse retomber vers le fond., Ces solides ressemblent essentiellement aux restes d’épices qui restent au fond d’un pot de vin chaud.
en conséquence, les substances riches en alliage auraient tendance à s’accumuler sur le fond du manteau, en particulier près des régions d’upwelling, tout comme les congères se forment dans un blizzard. La dispersion vers le haut favorise l’infiltration du matériau à partir du noyau et crée une zone de mélange plus épaisse; le mélange des produits de réaction et du manteau qui n’a pas réagi provoque l’hétérogénéité sismique., En revanche, les régions de descente disperseraient la lie et auraient donc tendance à amincir la couche D et à abaisser la limite noyau-manteau. La modélisation par Louise Kellogg de L’Université de Californie à Davis et Norman H. Sleep de L’Université de Stanford et d’autres suggère que les alliages métalliques dans les régions locales de la zone de réaction peuvent être balayés vers le haut de plusieurs centaines de kilomètres dans le manteau. Le processus nécessiterait quelques dizaines de millions d’années.
l’accumulation des dérives riches en alliage au bas du manteau résout un mystère important., Plus précisément, les dérives expliqueraient la variation d’épaisseur de la couche D » observée par les sismologues. De plus, les calculs indiquent que la hauteur de la dérive d’alliage balayée dans le manteau est comparable aux parties les plus épaisses de D ». Compte tenu des milliards d » années pour l « accumulation progressive des restes métalliques, il est plausible qu » une grande partie de la complexité et de nombreuses variations d « épaisseur résultent de la façon dont l » écoulement du manteau module la couche de réaction riche en alliages. Le flux peut également avoir pris dans son sillage d’autres matériaux denses du manteau ou des produits du noyau., Nous soupçonnons que les restes de réaction peuvent s’accumuler, quoique dans une moindre mesure, du côté interne de la limite noyau-manteau. Une version plus fine de la couche D » existe probablement là, juste à l » intérieur du noyau externe liquide.
compte tenu de la dynamique intense qui se déroule à 2 900 kilomètres sous la surface de la Terre, il ne devrait pas être surprenant que les forces du système noyau-manteau puissent faire sentir leur présence dans L’ensemble de la Terre. En effet, les travailleurs ont trouvé des preuves alléchantes qui suggèrent que la zone noyau-manteau influence fortement deux caractéristiques observables à la surface., Ils sont le vacillement dans la rotation de la Terre, connu sous le nom de nutations, et le champ géomagnétique.
Bruce A. Buffett, maintenant à L’Université de Chicago, a conclu que la limite noyau-manteau affecte les nutations de la Terre. Il l’a fait après avoir fait des calculs très précis de l’oscillation. Les travailleurs ont mesuré le vacillement en utilisant une interférométrie de base très longue. Les radioastronomes s’appuient souvent sur cette technique pour effectuer des mesures très précises des objets stellaires. On pensait que diverses forces de marée étaient les seules responsables des nutations des terres., Ces mécanismes comprennent le frottement généré lorsque la surface solide de la Terre frotte contre l’atmosphère et les océans ainsi que les interactions gravitationnelles avec le soleil et la Lune. Buffett a découvert, cependant, une composante des nutations qui ne pouvait pas être expliquée par les forces de marée. Motivé par les résultats des cellules de diamant, il a envisagé la possibilité qu’une zone de réaction mince à la limite noyau-manteau pourrait offrir une explication de la composante de nutation anormale.,
Il a montré qu’une telle couche de réaction peut facilement expliquer le signal de nutation si la couche contient un matériau conducteur électriquement, comme déduit des expériences. Les lignes de champ magnétique émanant du noyau induiraient de petits courants électriques à circuler dans le mélange conducteur. Ces courants produisent à leur tour leurs propres champs magnétiques. Les petits champs magnétiques interagissent avec les principales lignes du champ magnétique, comme les pôles d’un aimant peut attirer ou repousser. En substance, le noyau et le manteau se comportent comme deux aimants qui se poussent l’un contre l’autre., Cet accouplement affecte les nutations. Les données d’interférométrie de base sont bien expliquées si l’on invoque une zone de réaction hétérogène contenant du métal et de quelques centaines de mètres d’épaisseur.
en effet, nos expériences ont prédit une telle configuration pour la zone de réaction. Les produits de la réaction au fond du manteau devraient être constitués de quelques dizaines de pour cent d’alliages électriquement conducteurs, tels que le siliciure de fer et la wstite. Une zone composée de seulement 15 à 20 pour cent d’alliage serait suffisante pour tenir compte des nutations., Ainsi, notre conclusion selon laquelle la zone de réaction aurait des centaines de mètres d’épaisseur et fluctuerait en épaisseur et en conductivité le long de la limite noyau-manteau concorde bien avec L’hypothèse de Buffetts.
le deuxième effet de surface observable que la région noyau-manteau influence est le champ magnétique terrestre. L’origine du champ géomagnétique principal est bien comprise, du moins en termes généraux. Un effet dynamo, plutôt que le magnétisme conventionnel du fer dans le noyau, produit le champ géomagnétique. (Le fer n’est plus magnétique ni aux pressions ni aux températures existant dans le noyau.,) Le barattage du noyau externe en métal liquide crée des courants électriques, analogues à un fil déplacé à travers un champ électrique. Comme un fil transportant un courant, le noyau génère alors un champ magnétique autour de lui.
La Convection alimente le mouvement du noyau externe fondu. Le liquide chaud de l’intérieur s’élève vers le haut plus frais du noyau. Le mouvement transfère la chaleur vers le haut et provoque un écoulement convectif. Le liquide plus frais provenant de la limite noyau-manteau s’enfonce vers le bas et contribue ainsi à alimenter la convection., D’autres sources de convection, telles que la séparation interne des solides et des liquides dans le noyau externe, sont possibles. De cette façon, l’énergie mécanique de la convection-écoulement de fluide dans le noyau externe-est convertie en énergie magnétique.
inverser le champ
Les principes qui régissent ce processus sont appelés magnétohydrodynamique-une combinaison de l’hydrodynamique, ou la physique de l’écoulement des fluides, et électromagnétisme. Les équations mathématiques derrière le processus, cependant, sont si compliqués que personne n’a été en mesure de les résoudre en toute généralité., En conséquence, les solutions obtenues sont basées sur des hypothèses physiquement plausibles mais grandement simplifiées. Les solutions obtenues à partir de ces hypothèses n’expliquent pas nécessairement les petits détails observables du champ magnétique terrestre, tels que les légères ondulations de l’intensité du champ. L’écart résulte peut-être d’une des simplifications traditionnelles utilisées dans le calcul: le noyau métallique est entouré d’une région électriquement isolante, correspondant au manteau., Les géophysiciens reconnaissent maintenant que le manteau le plus bas n’est pas complètement isolant mais consiste en un mélange d’alliages métalliques et de silicates isolants.
motivé par cette information, Friedrich H. Busse de L’Université de Bayreuth en Allemagne a réexaminé les équations magnétohydrodynamiques. Il a découvert une nouvelle classe de solutions mathématiques au problème de la dynamo qui résultent directement des variations de conductivité électrique dans le manteau le plus bas. Les solutions dépendent de deux facteurs majeurs., La première est que les lignes de champ géomagnétique sont essentiellement « gelées » dans le métal liquide du noyau externe. Ainsi, verrouillées en place, les lignes de champ ne se déplacent qu’avec le flux convectif du noyau externe liquide. Le deuxième facteur est que les régions métalliques intégrées dans la couche D » interfèrent avec le mouvement horizontal des lignes de champ magnétique émanant du noyau. La couche D » peut alors Dévier ou empiler les lignes de champ du noyau. Ces deux facteurs créeraient, selon les calculs de Busses, des champs magnétiques locaux au bas du manteau., Les champs expliqueraient plusieurs complexités du champ géomagnétique, y compris les ondulations observées dans l’intensité du champ.
Les caractéristiques électromagnétiques de la limite noyau-manteau peuvent affecter les inversions du champ magnétique terrestre . Lors des inversions, qui se produisent tous les 100 000 ans, les pôles magnétiques semblent suivre une trajectoire privilégiée. Cette préférence est particulièrement évidente pour les inversions les plus récentes de l’histoire de la Terre. La fin de l’S., Keith Runcorn de l » Imperial College de Londres et de l « Université d » AlaskaFairbanks a postulé plusieurs mécanismes par lesquels les variations électriques de la couche D » influence la trajectoire des pôles magnétiques.
dans un sens, alors, la dynamique entre le noyau et le manteau s’étend au-delà de la Terre, s’étendant bien dans l’espace via le champ géomagnétique. Nous reconnaissons maintenant l’importance planétaire de l’interface noyau-manteau, et l’amélioration de la technologie est certaine de clarifier comment cette région éloignée façonne l’évolution de la Terre.,
L’auteur
RAYMOND JEANLOZ et THORNE lay étudient la physique de la terre profonde. Jeanloz, professeur de sciences de la terre et des planètes et d’astronomie à L’Université de Californie à Berkeley, a obtenu son doctorat en 1979 au California Institute of Technology. Boursier Mac-Arthur, Jeanloz étudie également l’évolution interne d’autres planètes terrestres et la formation de nouveaux types de verre aux propriétés inédites. Lay est professeur de sciences de la terre à L’Université de Californie à Santa Cruz, où il est également directeur de L’Institut de géophysique et de physique planétaire., Sa spécialité est l’étude des tremblements de terre et de la structure des terres intérieures. Récipiendaire de la médaille Macelwane de L’American Geophysical Unions en 1991, Lay a obtenu son doctorat en 1983 à Caltech.