En écoutant l’écho des tremblements de terre rebondissant à l’intérieur de notre planète, nous pouvons deviner ce qu’il y a à l’intérieur de la Terre sans la découper. Malheureusement, les ondes sismiques présentent souvent des incohérences que les scientifiques n’ont pas encore pleinement comprises.
Une source de variabilité se produit dans les poches de matériau à faible densité à environ 3 000 kilomètres (un peu moins de 1 900 milles) sous la surface, entre le noyau externe en alliage de fer liquide et le manteau.
Une nouvelle étude propose qu’une «neige» riche en silicium qui s’élève du noyau externe pourrait aider à expliquer certaines des anomalies dans les observations. Étant donné que le silicium rendrait les particules plus légères que le fer liquide environnant, le matériau pourrait s’écouler vers le manteau et se déposer dans des dérives qui provoquent une distorsion imprévisible des ondes sonores.
“Si le silicium et l’hydrogène sont les deux principaux éléments légers du noyau le plus externe avec des abondances appropriées, une telle neige montante riche en silicium peut se produire”, dit le géoscientifique Suyu Fu de l’Université de Tokyo au Japon.
Pour tester cela, l’équipe a recréé les conditions à l’intérieur du noyau externe de la Terre dans un laboratoire. Un alliage fer-silicium a été chargé à l’intérieur d’un gaz hydrogène-argon avant d’être ultra-comprimé à l’intérieur d’un cellule d’enclume de diamant.
Ces dispositifs sont souvent utilisés par les géologues pour atteindre des niveaux de compression comparables à ceux à l’intérieur de planètes comme la nôtre. Les échantillons sont comprimés par une force mécanique entre deux diamants (d’où le nom) et étudiés pour les changements.
Dans ce cas, l’échantillon a été chauffé à l’aide de lasers et contrôlé par rayons X. Les scientifiques ont pu surmonter un problème avec des expériences précédentes où des températures élevées provoquaient la diffusion de l’hydrogène contenant l’alliage de fer dans le diamant.
“Notre équipe a développé une nouvelle méthode où l’hydrogène est mélangé à de l’argon dans des cellules à enclumes en diamant”, dit le géoscientifique Sang-Heon Dan Shimde l’Université d’État de l’Arizona.
“L’argon ne réagit pas avec l’échantillon mais supprime la diffusion d’hydrogène dans les enclumes en diamant, ce qui nous permet d’atteindre les conditions extrêmes en laboratoire.”
Dans ces conditions de pression et de température similaires à celles du noyau externe de la Terre, les chercheurs ont découvert que la “neige” de cristallites riches en silicium pouvait se former et s’élever à travers le fer liquide plus dense pour s’accumuler à la frontière du manteau et du noyau externe, provoquant peut-être une partie de la anomalies remarquées par les scientifiques lorsqu’ils scrutent les parties les plus profondes de la planète.
Bien que vous pensiez peut-être que rien de tout cela n’a trop d’importance pour nous à la surface de la Terre, le mouvement du noyau externe entraîne le champ magnétique de notre planète, qui à son tour nous protège contre les effets d’usure de l’espace extra-atmosphérique et de la météo solaire.
Mieux comprendre ce qu’il y a dans le noyau externe, comment il se déplace et comment cela pourrait affecter son interaction avec le manteau est crucial pour prédire comment le champ magnétique terrestre pourrait continuer à fonctionner à l’avenir.
“La cristallisation de l’alliage riche en silicium a été découverte lors de nos expériences lors de journées d’hiver enneigées à Chicago pendant la pandémie”, dit Shim.
“Il est intéressant qu’un tel comportement de cristallisation puisse conduire à une montée de neige riche en silicium dans le noyau externe.”
La recherche a été publiée dans Nature.