L’intérieur de la Terre se refroidit plus vite que prévu

L’évolution de notre Terre est l’histoire de son refroidissement : il y a 4,5 milliards d’années, des températures extrêmes régnaient à la surface de la jeune Terre, et celle-ci était recouverte d’un profond océan de magma. Pendant des millions d’années, la surface de la planète s’est refroidie pour former une croûte cassante. Cependant, l’énorme énergie thermique émanant de l’intérieur de la Terre a déclenché des processus dynamiques, tels que la convection mantellique, la tectonique des plaques et le volcanisme.

Cependant, les questions de la vitesse à laquelle la Terre s’est refroidie et du temps qu’il faudrait pour que ce refroidissement continu arrête les processus susmentionnés entraînés par la chaleur restent sans réponse.

Une réponse possible peut résider dans la conductivité thermique des minéraux qui forment la frontière entre le noyau et le manteau de la Terre.

Cette couche limite est pertinente car c’est ici que la roche visqueuse du manteau terrestre est en contact direct avec la fonte chaude fer-nickel du noyau externe de la planète. Le gradient de température entre les deux couches est très raide, il y a donc potentiellement beaucoup de chaleur qui circule ici. La couche limite est formée principalement de la bridgmanite minérale. Cependant, les chercheurs ont du mal à estimer la quantité de chaleur que ce minéral conduit du noyau terrestre au manteau car la vérification expérimentale est très difficile.

Aujourd’hui, le professeur de l’ETH Motohiko Murakami et ses collègues de la Carnegie Institution for Science ont développé un système de mesure sophistiqué qui leur permet de mesurer la conductivité thermique de la bridgmanite en laboratoire, dans les conditions de pression et de température qui prévalent à l’intérieur de la Terre. Pour les mesures, ils ont utilisé un système de mesure d’absorption optique récemment développé dans une unité de diamant chauffée avec un laser pulsé.

“Ce système de mesure nous a permis de montrer que la conductivité thermique de la bridgmanite est environ 1,5 fois plus élevée que prévu”, déclare Murakami. Cela suggère que le flux de chaleur du noyau vers le manteau est également plus élevé qu’on ne le pensait auparavant. Un plus grand flux de chaleur, à son tour, augmente la convection du manteau et accélère le refroidissement de la Terre. Cela peut entraîner une décélération plus rapide de la tectonique des plaques, qui est maintenue par les mouvements convectifs du manteau, que les chercheurs ne l’avaient prévu sur la base des valeurs de conduction thermique précédentes.

Murakami et ses collègues ont également montré qu’un refroidissement rapide du manteau modifiera les phases minérales stables à la frontière noyau-manteau. Lorsqu’elle refroidit, la bridgmanite se transforme en post-perovskite minérale. Mais dès que la post-pérovskite apparaît à la frontière noyau-manteau et commence à dominer, le refroidissement du manteau pourrait en effet s’accélérer encore plus, estiment les chercheurs, puisque ce minéral conduit la chaleur encore plus efficacement que la bridgmanite.

« Nos résultats pourraient nous donner une nouvelle perspective sur l’évolution de la dynamique de la Terre. Ils suggèrent que la Terre, comme les autres planètes rocheuses Mercure et Mars, se refroidit et devient inactive beaucoup plus rapidement que prévu », explique Murakami.

Cependant, il ne peut pas dire combien de temps il faudra, par exemple, pour que les courants de convection dans le manteau s’arrêtent. “Nous n’en savons toujours pas assez sur ce genre d’événements pour déterminer leur calendrier.” Pour ce faire, il faut d’abord mieux comprendre le fonctionnement de la convection du manteau en termes spatiaux et temporels. De plus, les scientifiques doivent clarifier comment la désintégration des éléments radioactifs à l’intérieur de la Terre – l’une des principales sources de chaleur – affecte la dynamique du manteau.


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