Phillip Hopkins
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BOSTON - Les vastes océans magmatiques de la Terre, ondulant profondément sous nos pieds, semblent pomper de l'oxygène dans le noyau liquide de la planète. Et cet oxygène façonne les tremblements de terre et les volcans partout sur notre planète.
Telle est la conclusion d'un corps de recherche que le physicien Dario Alfe de l'University College London a présenté mardi 5 mars lors de la réunion de mars de l'American Physical Society. Bien qu'il soit impossible d'observer directement l'oxygène dans le noyau de la Terre - des milliers de kilomètres de roches chaudes empêchent cette vue - Alfe et ses collaborateurs ont utilisé une combinaison de données sismologiques, de chimie et de connaissances sur l'histoire ancienne de notre système solaire pour tirer leurs conclusions.
La principale preuve que quelque chose comme l'oxygène se cache dans le noyau de fer? Tremblements de terre. Les grondements que nous ressentons à la surface sont le résultat de vagues qui se déplacent sur toute notre planète. Et le comportement de ces ondes offre des indices sur le contenu de la Terre - presque comme une échographie de la planète entière.
Lorsque les ondes de tremblement de terre rebondissent sur le noyau et reviennent à la surface, leur forme indique que le noyau externe en fer liquide est nettement moins dense que le noyau en fer solide pressurisé à l'intérieur. Et cette différence de densité a un impact sur la forme des tremblements de terre et le comportement des volcans en surface. Mais ce n'est pas ainsi que le fer pur devrait se comporter, a déclaré Alfe après son discours. [En photos: l'océan caché sous la surface de la Terre]
«Si le noyau était du fer pur, le contraste de densité entre le noyau interne solide et le noyau liquide [noyau externe] devrait être de l'ordre de 1,5%», a-t-il déclaré. "Mais la sismologie nous dit que c'est plutôt 5%."
En d'autres termes, le noyau externe est moins dense qu'il ne devrait l'être, ce qui suggère qu'il y a un élément non-fer mélangé, ce qui le rend plus léger.
Cela soulève donc la question: pourquoi l'élément le plus léger serait-il mélangé au noyau externe mais pas au noyau interne solide??
Lorsque les atomes sont à l'état liquide, ils se croisent librement, ce qui permet à un mélange de différents éléments de coexister, même dans l'environnement extrême de la Terre intérieure, a déclaré Alfe. Mais comme des pressions extrêmes forcent le noyau interne à un état solide, les atomes y forment un réseau plus rigide de liaisons chimiques. Et cette structure plus stricte n'accepte pas les éléments étrangers aussi facilement. Au fur et à mesure que le noyau solide se formait, il aurait craché des atomes d'oxygène et d'autres impuretés dans son environnement liquide comme du dentifrice sortant d'un tube pressé.
"Vous voyez un effet similaire dans les icebergs", a-t-il déclaré.
Lorsque l'eau salée de l'océan gèle, elle expulse ses impuretés. Les icebergs finissent donc par devenir des morceaux d'eau douce solide flottant au-dessus de l'océan riche en sodium.
Il n'y a aucune preuve directe que l'élément le plus léger du noyau liquide est l'oxygène, a déclaré Alfe. Mais notre planète s'est formée à partir des nuages de poussière du système solaire primitif, et nous savons quels éléments y étaient présents. [Chronologie des photos: comment la Terre s'est formée]
L'équipe de recherche a exclu d'autres éléments, comme le silicium, qui pourraient théoriquement être présents dans le noyau en fonction de la composition de ce nuage, mais n'explique pas l'effet observé. L'oxygène est resté le candidat le plus probable, a-t-il déclaré.
De plus, les niveaux d'oxygène théoriquement présents dans le noyau semblent inférieurs à ce que la chimie prédirait en fonction de la teneur en oxygène du manteau. Cela suggère que plus d'oxygène est probablement pompé chimiquement dans le noyau externe, même aujourd'hui à partir du manteau plus riche en oxygène qui l'entoure..
Lorsqu'on lui a demandé à quoi ressemblait l'oxygène dans le noyau, Alfe a répondu de ne pas imaginer de bulles ni même de rouille qui se forme lorsque le fer se lie directement à l'oxygène. Au lieu de cela, à ces températures et pressions, les atomes d'oxygène flotteraient librement parmi les atomes de fer, créant des amas flottants de fer liquide..
"Si vous prenez un colis de liquide qui contient 90 atomes de fer et 10 atomes d'oxygène, ce colis sera moins dense qu'un colis de fer pur", et donc il flottera, a déclaré Alfe.
Pour aider à confirmer ces résultats, Alfe a déclaré qu'il attendait avec impatience les résultats des efforts visant à mesurer les neutrinos formés dans notre planète et rayonnant vers la surface. Bien que les "géoneutrinos" soient très rares, dit-il, ils peuvent offrir beaucoup d'informations sur ce qui se passe spécifiquement sur la planète lorsqu'ils se présentent.
Mais sans aucun moyen d'accéder directement au noyau, les physiciens seront toujours coincés à faire leurs meilleurs jugements possibles sur sa composition à partir de données secondaires limitées..
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Publié à l'origine le.