Le champ magnétique terrestre nous protège des radiations cosmiques mortelles, et sans lui, comme vous le savez, la vie ne pourrait pas exister. Le mouvement de fer liquide dans le noyau externe de la planète, le phénomène «géodynamo», génère ce champ. Mais comment il est apparu et s'est ensuite maintenu tout au long de l'histoire de la Terre est un mystère pour les scientifiques. Un nouvel ouvrage publié dans Nature par un groupe dirigé par Alexander Goncharov de l'Université Carnegie met en lumière l'histoire de cette formation géologique incroyablement importante.
Notre planète a été formée à partir du matériau solide qui entourait le Soleil dans sa jeunesse, et au fil du temps, le matériau le plus dense, le fer, a coulé, a coulé plus profondément, formant les couches que nous connaissons aujourd'hui: le noyau, le manteau, la croûte. Actuellement, le noyau interne est en fer massif avec d'autres matériaux qui ont été resserrés pendant le processus de stratification. Le noyau externe est un alliage de fer liquide et son mouvement génère un champ magnétique.
Une compréhension plus approfondie de la façon dont la chaleur est conduite dans le noyau interne solide et le noyau externe liquide est nécessaire pour reconstituer les processus qui ont fait évoluer notre planète et son champ magnétique - et, plus important encore, l'énergie qui maintient un champ magnétique constant. Mais ces matériaux n'existent apparemment que dans les conditions les plus extrêmes: des températures très élevées et des pressions très élevées. Il s'avère qu'en surface, leur comportement sera complètement différent.
«Nous avons décidé qu'il serait impératif de mesurer directement la conductivité thermique des matériaux du noyau dans des conditions qui correspondent à celles du noyau», explique Goncharov. "Parce que, bien sûr, nous ne pouvons pas aller au cœur de la Terre et prélever des échantillons pour nous-mêmes."
Les scientifiques ont utilisé un instrument appelé cellule à enclume de diamant pour simuler les conditions du noyau planétaire et étudier comment le fer conduit la chaleur dans ces conditions. La cellule d'enclume de diamant comprime de minuscules échantillons de matériau entre deux diamants, créant une pression extrême des profondeurs de la Terre dans le laboratoire. Le laser chauffe les matériaux à des températures nucléaires.
En utilisant un tel "laboratoire nucléaire", une équipe de scientifiques a pu étudier des échantillons de fer à des températures et des pressions que l'on peut trouver à l'intérieur de planètes allant de Mercure à la Terre - pressions allant de 345 000 à 1,3 million d'atmosphères normales et de 1300 à 2700 degrés Celsius - et comprendre comment ils conduisent la chaleur.
Il a été constaté que la conductivité thermique de ces échantillons de fer correspond à l'extrémité inférieure des estimations préliminaires de la conductivité thermique du noyau terrestre - entre 18 et 44 watts par mètre et par degré Kelvin, dans les unités que les scientifiques utilisent pour mesurer de telles choses. Cela suggère que l'énergie nécessaire pour maintenir une géodynamique a toujours été disponible depuis le tout début de l'histoire de la Terre.
«Afin de mieux comprendre la conductivité thermique du noyau, nous étudierons à l'avenir comment les matériaux non ferreux qui ont été attirés dans le noyau avec le fer coulant affectent les processus thermiques à l'intérieur de notre planète», dit Goncharov.
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