Le noyau de notre planète est le fer. Mais maintenant, les scientifiques comprennent mieux ce qui tourne dans un tourbillon au centre de la Terre.
Le rythme cardiaque de notre planète reste un mystère pour les scientifiques qui tentent de découvrir comment la Terre s'est formée et ce qui est entré dans sa création. Dans une étude récente, ils ont pu recréer les pressions puissantes au centre de notre planète, permettant aux scientifiques d'entrevoir son existence précoce et même de comprendre à quoi le noyau terrestre pourrait ressembler maintenant.
Ils ont rapporté leur découverte dans le dernier numéro de Science. «Si nous identifions les éléments qui composent le noyau, nous pouvons mieux comprendre les conditions dans lesquelles la Terre s'est formée, ce qui à son tour nous donnera plus d'informations sur les débuts de l'histoire du système solaire», explique le géochimiste Anat Shahar, basé à Washington. au Carnegie Institute of Science. Cela permettra également aux scientifiques de mieux comprendre comment d'autres planètes rocheuses se sont formées dans notre système solaire et au-delà.
La Terre a été formée il y a environ 4,6 milliards d'années par d'innombrables collisions de solides allant de Mars à un petit astéroïde. À mesure que la masse de la Terre primitive augmentait, sa pression interne et sa température augmentaient.
Cela a affecté la façon dont le fer, qui constitue la majeure partie du noyau terrestre, a réagi chimiquement avec des éléments plus légers tels que l'hydrogène, l'oxygène et le carbone, ainsi que des métaux plus lourds qui se sont séparés du manteau et se sont retrouvés à l'intérieur de la Terre. Le manteau est une couche directement sous la croûte terrestre et le mouvement de la roche fondue dans cette zone met en mouvement les plaques tectoniques.
Les scientifiques se rendent compte depuis longtemps que les changements de température peuvent affecter le degré auquel un isotope d'un élément tel que le fer devient une partie du noyau. Ce processus est appelé fractionnement isotopique.
Cependant, jusqu'à présent, la pression n'a pas été considérée comme une variable critique affectant ce processus. «Dans les années 60 et 70, des expériences ont été menées pour rechercher les conséquences d'une telle pression, mais les scientifiques n'ont rien trouvé», explique Shahar. "Mais maintenant, nous savons que la pression à laquelle ils ont mené les expériences (environ deux gigapascals) n'était pas assez puissante."
En 2009, une autre équipe de recherche a publié un article dans lequel ils suggéraient que la pression pouvait affecter les éléments qui entraient dans le noyau terrestre. Par conséquent, Shahar et son équipe ont décidé de réexaminer ses effets, en utilisant un équipement qui crée une pression allant jusqu'à 40 gigapascals. C'est beaucoup plus proche de 60 gigapascals, que les scientifiques considèrent comme la moyenne lors de la formation précoce de la Terre.
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Dans des expériences menées sur une source de photons avancée à la Carnegie Institution à Washington, les scientifiques ont placé de petits échantillons de fer mélangés à de l'hydrogène, du carbone et de l'oxygène entre deux diamants. Ensuite, les plans de cet étau diamant ont été rapprochés, créant une énorme pression.
Par la suite, les échantillons de fer convertis ont été bombardés avec des rayons X à haute énergie. «Nous utilisons des rayons X pour tester les propriétés vibrationnelles des phases de fer», a déclaré Shahar. Les différentes fréquences de vibration indiquent quels isotopes du fer sont parmi les échantillons.
Les scientifiques ont découvert qu'une pression aussi puissante affecte en effet le fractionnement isotopique. En particulier, l'équipe de recherche a constaté que la réaction entre le fer et l'hydrogène ou le carbone, qui devrait être présent dans le noyau, devrait laisser une trace caractéristique dans la roche du manteau. Mais il n'a pas été possible de trouver une telle trace.
«Par conséquent, nous pensons que l'hydrogène et le carbone ne sont pas les principaux éléments légers du noyau», a déclaré Shahar.
Mais la combinaison du fer et de l'oxygène ne pouvait pas laisser de traces dans le manteau, comme l'ont montré les expériences des scientifiques. Par conséquent, il est possible que l'oxygène devienne l'un des éléments les plus légers de la composition du noyau terrestre.
Ces résultats soutiennent l'hypothèse que l'oxygène et le silicium forment la base des éléments légers dissous dans le noyau de la Terre, explique Joseph O'Rourke, géophysicien au California Institute of Technology de Pasadena, qui n'a pas participé à l'étude.
«L'oxygène et le silicium sont abondants dans le manteau, et nous savons qu'ils se dissolvent dans le fer à haute température et haute pression», a-t-il déclaré. "Puisque l'oxygène et le silicium sont garantis dans le cœur, d'autres candidats comme l'hydrogène et le carbone ont peu de chances."
Shahar a déclaré que son équipe avait l'intention de répéter l'expérience avec du silicium et du soufre, qui pourraient faire partie du noyau. Maintenant qu'ils ont montré que la pression peut affecter le fractionnement, cette équipe souhaite examiner l'effet de la pression et de la température en combinaison. Ils croient que les résultats peuvent différer de ceux utilisés uniquement lorsque la pression et la température sont utilisées. «Nous avons mené nos expériences sur des échantillons de fer solide à température ambiante. Mais lorsque le noyau s'est formé, tout était à l'état fondu », a déclaré Shahar.
Les résultats de ces expériences peuvent être pertinents pour les planètes en dehors de notre système solaire, disent les scientifiques. «Le fait est que nous ne voyons que la surface ou l'atmosphère des exoplanètes», a déclaré Shahar. - Mais comment leur partie intérieure affecte-t-elle ce qui se passe en surface? La réponse à cette question affectera s'il y a ou non de la vie sur cette planète."
