Au plus profond de nos pieds, à une profondeur stupéfiante de plus de 5 100 km, se trouve Le noyau interne de la Terre — une boule solide de fer et de nickel qui joue un rôle crucial dans la formation des conditions que nous vivons à la surface. En fait, sans elle, nous n’existerions probablement pas.
Mais malgré son importance, sa formation et son développement restent un mystère. Nous ne savons même pas quel âge il a. Heureusement, la physique des minéraux nous rapproche de la résolution de ce mystère.
Le noyau interne est responsable de la Terre champ magnétiquequi agit comme un bouclier, nous protégeant des rayons solaires nocifs. Ce champ magnétique pourrait avoir joué un rôle important dans la création des conditions qui ont permis à la vie de prospérer il y a des milliards d’années.
Le noyau interne de la Terre était autrefois liquide, mais il est devenu solide au fil du temps. Terre se refroidit progressivement, le noyau interne se dilate vers l’extérieur et le liquide riche en fer environnant « gèle ». Cela dit, il est encore extrêmement chaud, au moins 5 000 Kelvin (K) (4 726,85 degrés Celsius).
Ce processus de congélation libère des éléments, comme l’oxygène et le carbone, qui ne sont pas compatibles avec un solide chaud. Il crée un liquide chaud et flottant au fond du noyau externe. Le liquide monte dans le noyau externe liquide et se mélange à lui, ce qui crée des courants électriques (par « action dynamo »), qui génèrent notre champ magnétique.
Vous êtes-vous déjà demandé ce qui maintient le aurores boréales danser dans le ciel ? Tu peux remercier ton noyau intérieur.
Cristallisation cryptique
Pour comprendre comment le champ magnétique terrestre a évolué au cours de son histoire, les géophysiciens utilisent des modèles qui simulent l’état thermique du noyau et du manteau.
Ces modèles nous aident à comprendre comment la chaleur est distribuée et transférée à l’intérieur de la Terre. Ils supposent que le noyau interne solide est apparu pour la première fois lorsque le liquide s’est refroidi jusqu’à son point de fusion, ce qui correspond au moment où quand il a commencé à gelerLe problème est que cela ne reflète pas exactement la processus de congélation.
Les scientifiques ont donc exploré le processus de « surfusion ». La surfusion se produit lorsqu’un liquide est refroidi en dessous de son point de congélation sans se transformer en solide. Cela se produit avec eau dans l’atmosphèreatteignant parfois moins 30 °C avant de former de la grêle, et contenant également du fer dans le noyau terrestre.
Les calculs suggèrent qu’une surfusion pouvant atteindre 1 000 K est en réalité nécessaire congeler du fer pur dans le noyau terrestre. Étant donné que la conductivité du noyau implique qu’il se refroidit à un rythme de 100 à 200 K par milliard d’années, cela représente un défi de taille. Ce niveau de surfusion implique que le noyau aurait dû être en dessous de son point de fusion pendant toute son histoire (1 000 à 500 millions d’années), ce qui présente des complications supplémentaires.
Comme nous ne pouvons pas accéder physiquement au noyau — les humains n’ont foré que 12 km dans la Terre — nous nous appuyons presque entièrement sur la sismologie pour comprendre l’intérieur de notre planète. Le noyau interne a été découvert en 1936, et sa taille (environ 20 % du rayon de la Terre) est l’une des propriétés les mieux circonscrites de la Terre profonde. Nous utilisons ces informations pour estimer la température du noyau, en supposant que la limite entre solide et liquide représente l’intersection du point de fusion et de la température du noyau.
Cette hypothèse nous aide également à estimer l’ampleur maximale de la surfusion qui aurait pu se produire avant que le noyau interne ne commence à se former à partir d’un noyau interne et d’un noyau externe combinés. Si le noyau a gelé relativement récemment, l’état thermique actuel à la limite entre le noyau interne et le noyau externe indique à quel point le noyau combiné aurait pu être inférieur à son point de fusion lorsque le noyau interne a commencé à geler. Cela suggère que, tout au plus, le noyau aurait pu être gelé. surfondu d’environ 400K.
C’est au moins le double de ce que la sismologie permet. Si le noyau a été surfondu de 1 000 K avant de geler, le noyau interne devrait être beaucoup plus grand que ce qui a été observé. Alternativement, si 1 000 K sont nécessaires pour geler et n’ont jamais été atteints, le noyau interne ne devrait pas exister du tout. De toute évidence, aucun des deux scénarios n’est exact, alors quelle pourrait en être l’explication ?
Des physiciens des minéraux ont testé du fer pur et d’autres mélanges pour déterminer le degré de surfusion nécessaire pour initier la formation du noyau interne. Bien que ces études n’aient pas encore fourni de réponse définitive, elles présentent des avancées prometteuses.
Par exemple, nous avons appris que des événements inattendus structures cristallines et le présence de carbone pourrait affecter la surfusion. Ces résultats suggèrent que certaines chimies ou structures qui n’avaient pas été prises en compte auparavant pourraient ne pas nécessiter une surfusion aussi déraisonnablement importante. Si le noyau pouvait geler à moins de 400 K de surfusion, cela pourrait expliquer la présence du noyau interne tel que nous le voyons aujourd’hui.
Les conséquences de la méconnaissance de la formation du noyau interne sont considérables. Les estimations antérieures de l’âge du noyau interne vont de 500 à 1 milliard d’années. Mais ces chiffres ne tiennent pas compte du problème de surfusion. Même une surfusion modeste de 100 000 ans pourrait signifier que le noyau interne est plusieurs centaines de millions d’années plus jeune que ce que l’on pensait jusqu’à présent.
Comprendre la signature de la formation du noyau interne dans les archives rocheuses paléomagnétiques — une archive du champ magnétique terrestre — est crucial pour ceux qui étudient l’impact du rayonnement solaire sur les extinctions massives.
Tant que nous ne comprendrons pas mieux l’histoire du champ magnétique, nous ne pourrons pas déterminer entièrement son rôle dans l’émergence de conditions habitables et de la vie.
Cet article édité est republié à partir de La Conversation sous licence Creative Commons. Lire la suite article original.
