Une nouvelle étude vient de révéler que le noyau terrestre est en train de fuir


Le champ magnétique terrestre protège et rend notre planète habitable en arrêtant les particules nocives de haute énergie provenant de l’espace, y compris du Soleil. La source de ce champ magnétique est le noyau au centre de notre planète.

Mais le noyau est très difficile à étudier, en partie parce qu’il commence à une profondeur d’environ 2 900 kilomètres, ce qui le rend trop profond pour être échantillonné et étudié directement.

Cependant, nous faisons partie d’une équipe de recherche qui a trouvé un moyen d’obtenir des informations sur le noyau de la Terre, avec des détails publiés récemment dans Geochemical Perspective Letters.

Il fait chaud en bas

Le noyau est la partie la plus chaude de notre planète, le noyau externe atteignant des températures de plus de 5 000 degrés Celsius. Cela doit affecter le manteau sus-jacent et on estime que 50 % de la chaleur volcanique provient du noyau.

Les couches de la Terre, de la croûte externe au noyau interne.

L’activité volcanique est le principal mécanisme de refroidissement de la planète. Certains volcanisme, comme celui qui forme encore les îles volcaniques d’Hawaï et d’Islande, pourraient être liés au noyau par des panaches du manteau qui transfèrent la chaleur du noyau à la surface de la Terre.

Pourtant, la question de savoir s’il y a un échange de matière physique entre le noyau et le manteau fait l’objet d’un débat depuis des décennies.

Nos résultats suggèrent que certains matériaux de base sont effectivement transférés à la base de ces panaches du manteau, et que le noyau fuit depuis 2,5 milliards d’années.

Nous l’avons découvert en examinant de très petites variations dans le rapport des isotopes de l’élément tungstène (les isotopes sont essentiellement des versions du même élément qui contiennent juste des nombres différents de neutrons).

Pour étudier le noyau de la Terre, nous devons chercher des traceurs chimiques du matériau du noyau dans les roches volcaniques provenant du manteau profond.

Nous savons que le noyau possède une chimie très distincte, dominée par le fer et le nickel ainsi que par des éléments tels que le tungstène, le platine et l’or qui se dissolvent dans un alliage fer-nickel. Par conséquent, les éléments qui aiment les alliages métalliques sont un bon choix pour rechercher des traces du noyau.

La recherche d’isotopes de tungstène

Le tungstène (symbole chimique W) comme élément de base a 74 protons. Le tungstène possède plusieurs isotopes, dont 182W (avec 108 neutrons) et 184W (avec 110 neutrons).

Ces isotopes du tungstène pourraient être les traceurs les plus concluants du matériau du noyau, car on s’attend à ce que le manteau présente des rapports 182W / 184W beaucoup plus élevés que le noyau.

Ceci est dû à un autre élément, l’Hafnium (Hf), qui ne se dissout pas dans l’alliage fer-nickel et est enrichi dans le manteau, et avait un isotope maintenant éteint (182Hf) qui s’est désintégré à 182W. Cela donne au manteau une puissance supplémentaire de 182W par rapport au tungstène dans le noyau.

Mais l’analyse nécessaire pour détecter les variations des isotopes du tungstène est extrêmement difficile, car nous examinons les variations du rapport 182W / 184W en parties par million et la concentration de tungstène dans les roches est aussi faible que des dizaines de parties par milliard. Moins de cinq laboratoires dans le monde peuvent effectuer ce type d’analyse.

Preuve d’une fuite

Notre étude montre un changement substantiel dans le rapport 182W / 184W du manteau au cours de la vie de la Terre. Les roches les plus anciennes de la Terre ont une puissance nettement supérieure à 182W / 184W par rapport à la plupart des roches de la Terre moderne.

La modification du rapport 182W / 184W du manteau indique que du tungstène provenant du noyau fuit dans le manteau depuis longtemps.

Fait intéressant, dans les roches volcaniques les plus anciennes de la Terre, sur une période de 1,8 milliard d’années, il n’y a aucun changement significatif dans les isotopes du manteau de tungstène. Cela indique que de 4,3 milliards à 2,7 milliards d’années auparavant, peu ou pas de matière du noyau a été transférée dans le manteau supérieur.

Mais au cours des 2,5 milliards d’années suivantes, la composition isotopique du manteau en tungstène a considérablement changé. Nous en déduisons qu’un changement dans la tectonique des plaques, vers la fin de l’Archéen, par rapport à il y a environ 2,6 milliards d’années, a déclenché des courants convectifs assez importants dans le manteau pour modifier les isotopes du tungstène de toutes les roches modernes.

Pourquoi cette fuite ?

Si les panaches du manteau s’élèvent de la limite noyau-manteau à la surface, il s’ensuit que le matériau provenant de la surface de la Terre doit également descendre dans le manteau profond.

La subduction, terme utilisé pour désigner les roches de la surface de la Terre qui descendent dans le manteau, transporte des matériaux riches en oxygène de la surface vers le manteau profond comme composante intégrale de la tectonique des plaques.

Les expériences montrent qu’une augmentation de la concentration d’oxygène à la limite entre le noyau et le manteau pourrait entraîner la séparation du tungstène hors du noyau et dans le manteau.

Alternativement, la solidification interne du noyau augmenterait également la concentration d’oxygène du noyau externe. Dans ce cas, nos nouveaux résultats pourraient nous renseigner sur l’évolution du noyau, y compris sur l’origine du champ magnétique terrestre.

Caricature montrant les différences de rapport isotopique du tungstène entre le noyau et le manteau de la Terre et comment le noyau de la Terre pourrait laisser échapper des matériaux dans les panaches du manteau.

Le noyau de la Terre a commencé sous forme de métal entièrement liquide et s’est refroidi et partiellement solidifié avec le temps. Le champ magnétique est généré par la rotation du noyau solide interne. Le temps de cristallisation du noyau intérieur est l’une des questions les plus difficiles à résoudre dans les sciences de la Terre et les sciences planétaires.

Notre étude nous donne un traceur qui peut être utilisé pour étudier l’interaction noyau-manteau et le changement dans la dynamique interne de notre planète, et qui peut nous aider à mieux comprendre comment et quand le champ magnétique a été activé.

Lire aussi : Les scientifiques découvrent que le champ magnétique terrestre fonctionne comme un tambour ; les impulsions ondulent le long de sa surface

Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche


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