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Le modèle de la façon dont le noyau interne de la Terre a gelé en fer solide implique qu'il n'a peut-être que 500 millions d'années :


Pour des raisons inconnues, le noyau interne de fer solide de la Terre croît furthermore rapidement d'un côté que de l'autre, et cela depuis qu'il a commencé à geler du fer en fusion il y a in addition d'un demi-milliard d'années, selon une nouvelle étude menée par des sismologues à l'Université de Californie, Berkeley.

La croissance plus rapide sous la mer de Banda en Indonésie n'a pas laissé le noyau déséquilibré. La gravité distribue uniformément la nouvelle croissance - les cristaux de fer qui se forment lorsque le fer en fusion se refroidit - pour maintenir un noyau interne sphérique dont le rayon augmente en moyenne de 1 millimètre par an.

Mais la croissance accrue d'un côté suggère que quelque chose dans le noyau externe ou le manteau de la Terre sous l'Indonésie élimine la chaleur du noyau interne à un rythme in addition rapide que de l'autre côté, sous le Brésil. Un refroidissement plus rapide d'un côté accélérerait la cristallisation du fer et la croissance du noyau interne de ce côté.

Cela a des implications pour le champ magnétique terrestre et son histoire, auto la convection dans le noyau externe entraînée par la libération de chaleur du noyau interne est ce qui entraîne aujourd'hui la dynamo qui génère le champ magnétique qui nous protège des particules dangereuses du soleil.

"Nous fournissons des limites plutôt lâches sur l'âge du noyau interne - entre un demi-milliard et 1,5 milliard d'années - qui peuvent être utiles dans le débat sur la façon dont le champ magnétique a été généré avant l'existence du noyau interne solide, " a déclaré Barbara Romanowicz, professeure à l'UC Berkeley de la Graduate School du Département des sciences de la Terre et des planètes et directrice émérite du Berkeley Seismological Laboratory (BSL). "Nous savons que le champ magnétique existait déjà il y a 3 milliards d'années, donc d'autres processus ont dû entraîner la convection dans le noyau externe à cette époque."

L'âge jeune du noyau interne peut signifier que, au début de l'histoire de la Terre, la chaleur faisant bouillir le noyau fluide provenait d'éléments légers se séparant du fer, et non de la cristallisation du fer, que nous voyons aujourd'hui.

"Le débat sur l'âge du noyau interne dure depuis longtemps", a déclaré Daniel Frost, scientifique adjoint du projet au BSL. "La complication est la suivante  : si le noyau interne n'a pu exister que pendant 1,5 milliard d'années, d'après ce que nous savons de la façon dont il perd de la chaleur et de sa chaleur, alors d'où vient le champ magnétique as well as ancien ? C'est de là que l'idée d'éléments légers dissous qui gèlent ensuite est location."

Fer à congeler

La croissance asymétrique du noyau interne explique un mystère vieux de trois décennies - que le fer cristallisé dans le noyau semble être préférentiellement aligné le prolonged de l'axe de rotation de la terre, plus à l'ouest qu'à l'est, alors que l'on pourrait s'attendre à les cristaux doivent être orientés au hasard.

La preuve de cet alignement provient des mesures du temps de trajet des ondes sismiques des tremblements de terre à travers le noyau interne. Les ondes sismiques se déplacent moreover rapidement dans la way de l'axe de rotation nord-sud que le lengthy de l'équateur, une asymétrie que les géologues attribuent aux cristaux de fer - qui sont asymétriques - ayant leurs grands axes préférentiellement alignés le very long de l'axe de la Terre.

Si le noyau est en fer cristallin solide, remark les cristaux de fer s'orientent-ils préférentiellement dans une direction ?

Pour tenter d'expliquer les observations, Frost et ses collègues Marine Lasbleis de l'Université de Nantes en France et Brian Chandler et Romanowicz de l'UC Berkeley ont créé un modèle informatique de croissance cristalline dans le noyau interne qui intègre des modèles de croissance géodynamiques et la physique minérale du fer. à haute pression et haute température.

"Le modèle le in addition uncomplicated semblait un peu inhabituel - que le noyau interne soit asymétrique", a déclaré Frost. "Le côté ouest est différent du côté est jusqu'au centre, pas seulement au sommet du noyau interne, comme certains l'ont suggéré. La seule façon d'expliquer cela est qu'un côté grandit plus vite que l'autre."

Le modèle décrit remark la croissance asymétrique - environ 60% furthermore élevée à l'est qu'à l'ouest - peut orienter préférentiellement les cristaux de fer le very long de l'axe de rotation, avec additionally d'alignement à l'ouest qu'à l'est, et expliquer la différence de vitesse des ondes sismiques à travers le noyau interne.

"Ce que nous proposons dans cet article est un modèle de convection solide déséquilibrée dans le noyau interne qui réconcilie les observations sismiques et les situations limites géodynamiques plausibles", a déclaré Romanowicz.

Frost, Romanowicz et leurs collègues rendront compte de leurs découvertes dans le numéro de cette semaine de la revue Character Geoscience.

Sonder l'intérieur de la Terre avec des ondes sismiques

L'intérieur de la Terre est en couches comme un oignon. Le noyau interne solide en fer-nickel - aujourd'hui 1 200 kilomètres (745 miles) de rayon, soit approximativement les trois quarts de la taille de la lune - est entouré d'un noyau externe fluide de fer fondu et de nickel d'environ 2 400 kilomètres (1 500 miles) épais. Le noyau externe est entouré d'un manteau de roche chaude de 2 900 kilomètres (1 800 milles) d'épaisseur et recouvert d'une high-quality croûte rocheuse froide à la surface.

La convection se produit à la fois dans le noyau externe, qui bout lentement lorsque la chaleur du fer en cristallisation sort du noyau interne, et dans le manteau, lorsque la roche plus chaude se déplace vers le haut pour transporter cette chaleur du centre de la planète à la area. Le mouvement d'ébullition vigoureux dans le noyau externe de fer liquide produit le champ magnétique terrestre.

Selon le modèle informatique de Frost, qu'il a créé avec l'aide de Lasbleis, à mesure que les cristaux de fer se développent, la gravité redistribue l'excès de croissance de l'est vers l'ouest dans le noyau interne. Ce mouvement des cristaux à l'intérieur du solide plutôt mou du noyau interne - qui est proche du level de fusion du fer à ces hautes pressions - aligne le réseau cristallin le very long de l'axe de rotation de la Terre à un degré moreover élevé à l'ouest qu'à est.

Le modèle prédit correctement les nouvelles observations des chercheurs sur les temps de trajet des ondes sismiques à travers le noyau interne : l'anisotropie, ou différence de temps de trajet parallèle et perpendiculaire à l'axe de rotation, augmente avec la profondeur, et l'anisotropie la additionally forte est décalée vers l'ouest par rapport à la Terre. axe de rotation d'environ 400 kilomètres (250 miles).

Le modèle de croissance du noyau interne fournit également des limites sur la proportion de nickel par rapport au fer au centre de la terre, a déclaré Frost. Son modèle ne reproduit pas avec précision les observations sismiques à moins que le nickel ne représente entre 4% et 8% du noyau interne, ce qui est proche de la proportion de météorites métalliques qui étaient autrefois probablement les noyaux des planètes naines de notre système solaire. Le modèle indique également aux géologues à quel stage le noyau interne est visqueux ou fluide.

"Nous suggérons que la viscosité du noyau interne est relativement importante, un paramètre d'entrée significant pour les géodynamiciens qui étudient les processus dynamo dans le noyau externe", a déclaré Romanowicz.

Frost et Romanowicz ont été soutenus par des subventions de la National Science Basis (EAR-1135452, EAR-1829283).